The Biologist
(Lima)
ORIGINAL ARTICLE / ARTÍCULO ORIGINAL
BIOLOGICAL THEORY OF ECOTOXICOLOGICAL RISK FOR GROUP DAMAGE THROUGH
ENVIRONMENTAL MONITOR: PART ONE
TEORÍA BIOLÓGICA DEL RIESGO ECOTOXICOLÓGICO POR DAÑO GRUPAL MEDIANTE
MONITOR AMBIENTAL: PRIMERA PARTE
1 Centro de Investigaciones Avanzadas y Formación Superior en Educación, Salud y Medio Ambiente ¨AMTAWI¨, Puno-
Perú. george.argota@gmail.com
2 Laboratorio de Ecología y Biodiversidad Animal. Facultad de Ciencias Naturales y Matemática. Universidad Nacional
Federico Villarreal (UNFV). Lima-Perú.
3 Laboratorio de Cordados. Facultad de Ciencias Biológicas. Universidad Ricardo Palma (URP). Lima-Perú.
joseiannacone@gmail.com
4 Facultad de Tecnología de la Salud ¨Julio Trigo López¨. Universidad de Ciencias Médicas de Villa Clara, Cuba.
rigobertofd@informed.sld.cu
Corresponding author: E-mail: george.argota@gmail.com
1 2,3 4
George Argota-Pérez ; José Iannacone & Rigoberto Fimia-Duarte
ABSTRACT
Keywords: biological theory – biomonitor – ecotoxicology – risk – group damage
The objective of the present work was to demonstrate the biological theory of ecotoxicological risk for
group damage through environmental monitoring. Vulnerabilities in the ecological space express the
danger and indicate triple EEE (exposure, expression and evidence) as a manifestation of group damage.
The recognition of group damage was through the probability of ecotoxicological risk (PRE) and the
consequence of ecotoxicological risk (CRE) that resulted in five categories for the magnitude of the value
of ecotoxicological damage (MVRE): trivial, mild, moderate, severe and extreme. The ecotoxicological
risk of group damage was established in three intervals: high, medium and low according to the
foundations of the mathematical formula: An = A0 + r (n - 1). It was recognized, the erroneous
consequences of annotation before any biological observation serving for the demonstration of the
biological theory of the ecotoxicological risk for group damage. Physical-chemical parameters such as
dissolved oxygen and biochemical oxygen demand were analyzed, and then, in males and females of the
environmental indicator species Gambusia punctata (Poey, 1854), the condition coefficient K was
3
measured (= Pt / Lt *100) comparing their results between the San Juan and Filé aquatic ecosystems
(Santiago de Cuba-Cuba). When statistically significant differences were found (p <0.05) according to the
t-Student test, an analysis of the stomach contents was made to infer from the diet, effects with other taxa.
The biological theory of ecotoxicological risk due to group damage was reasoned through the
environmental monitor under the indication generated by the sign of equivalence between the biomarker
and the MVRE category.
The Biologist (Lima)
ISSN Versión Impresa 1816-0719
ISSN Versión en linea 1994-9073 ISSN Versión CD ROM 1994-9081
179
The Biologist (Lima), 201 , 1 ( ), - : 9 7 1 ene jun 179-189
RESUMEN
Palabras clave: biomonitor – daño grupal – ecotoxicología – riesgo – teoría biológica
El objetivo del presente trabajo fue demostrar la teoría biológica del riesgo ecotoxicológico por daño
grupal mediante monitor ambiental. Las vulnerabilidades en el espacio ecológico expresan el peligro e
indican triple EEE (exposición, expresión y evidencia) como manifestación del daño grupal. El
reconocimiento del daño grupal fue mediante la probabilidad de riesgo ecotoxicológico (PRE) y la
consecuencia de riesgo ecotoxicológico (CRE) que resultaron hacia cinco categorías para la magnitud del
valor de daño ecotoxicológico (MVRE): trivial, leve, moderada, severa y extrema. Se estableció el riesgo
ecotoxicológico de daño grupal en tres intervalos: alto, medio y bajo de acuerdo a fundamentos de la
progresión matemática: A = A + r (n – 1). Se reconoció, las consecuencias erróneas de anotación ante
n 0
cualquier observación biológica sirviendo para la demostración de la teoría biológica del riesgo
ecotoxicológico por daño grupal. Se analizó parámetros físico-químicos como el oxígeno disuelto y la
demanda bioquímica de oxígeno, y luego, en machos y hembras de la especie monitor ambiental
3
Gambusia punctata (Poey, 1854) se midió el coeficiente de condición K (= Pt / Lt x 100) comparándose
sus resultados entre los ecosistemas acuáticos San Juan y Filé (Santiago de Cuba-Cuba). Al encontrarse
diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) según la prueba t-Student se realizó un análisis del
contenido estomacal para inferir desde la dieta, afectaciones con otros taxones. Se razonó la teoría
biológica del riesgo ecotoxicológico por daño grupal mediante el monitor ambiental bajo la indicación
generada del signo de equivalencia entre el biomarcador y la categoría de MVRE.
INTRODUCCIÓN
208
interpretar, cuánto podría ser la recuperación y
accesibilidad de cualquier recurso, una vez
impactado (Shortle, 2013; Dixit et al., 2015).
Se menciona, el interés por las adversidades que
causan los contaminantes emergentes (Sauvé &
Desrosiers, 2014) como los pesticidas o
plaguicidas (Lapworth & Gooddy, 2010),
productos farmacéuticos (Rodriguez et al., 2017),
productos de cuidado e higiene personal (Montes et
al., 2017; Gogoi et al., 2018) drogas ilícitas (Pal et
al., 2013; Cosenza et al., 2018), aditivos
alimentarios (Postigo & Barceló, 2015), hormonas
esteroides (Kim et al., 2007; Vulliet & Cren, 2011,
Vilela et al., 2018) entre otros. Del mismo modo,
existe preocupación por los metales pesados
(Martín et al., 2015; Ali et al., 2016, Capangpangan
et al., 2016); sin embargo, no debe olvidarse que,
cualquier agente impropio del ecosistema puede
modificar y actuar de forma perjudicial.
Heidary et al. (2011), Hamza (2014) y Çiftçi et al.
(2015) señalan que, la utilización de organismos
propios de los ecosistemas, contribuye a la
predicción de riesgo siendo relevante si, pueden ser
utilizados como especies en su condición de
centinelas ambientales (Wilson et al., 2013;
Los avances tecnológicos, ocasionan dos efectos
ro
diametralmente opuestos: 1 ) desarrollo social y
do
2 ) contaminación. El resultado indeseable de la
contaminación que gravita el bien humano sin duda
alguna, es consecuencia de la insuficiente
valoración sobre los posibles impactos en los
ecosistemas; y por ende, actitud incipiente de la
cultura ambiental en cuanto a, gestión
participativa, poca sensibilización ante los efectos
negativos exhibidos y; deficiencia mostrada en la
potencialidad humana para la resolución de
problemas. Estilos hereditarios insostenibles para
el ¨bienestar¨ siguen condicionando al uso
indiscriminado de recursos vitales como el agua,
aire, suelo, además, ética y estética de la diversidad
biológica en la naturaleza (Capangpangan et al.,
2016).
La literatura científica exhibe disímiles
publicaciones que muestran los conocimientos
alcanzados sobre los daños por exposición a
contaminantes (Corwin & Bradford, 2008;
Guimarães et al., 2012; Wang & Zang, 2014),
donde siempre resultará complejo, distinguir e
180
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daño simultáneo en otras especies o poblaciones
que cohabitan en el mismo espacio ecológico. Por
tanto, se asume la evidencia del daño como riesgo
explícito y ello, es consecuencia de una exposición.
Las condiciones temporales propician
vulnerabilidades en el espacio ecológico
expresando el peligro y a continuación, la
manifestación para un daño que puede ser grupal.
En este sentido, puede indicarse una triple EEE:
exposición, expresión, evidencia (Fig. 1).
AbdAllah, 2017; Espinosa et al., 2019) y dentro de
ellos, seleccionar biomarcadores (Zhou et al.,
2008; Mussali-Galante et al., 2013) que permitan
su análisis comparativo de forma permanente
(Argota & Iannacone, 2017).
El grave problema de la contaminación, no solo
radica en los posibles daños sobre determinadas
especies asimismo; resulta necesario valorar
mediante una herramienta, si el daño determinado
es representativo para comprender luego, cualquier
Exposición
(contaminante)
Evidencia
de
Riesgo
(ej.: biológico)
Condición temporal
Vulnerabilidad
Expresión
del peligro
Generación
Figura 1. Manifestación del daño grupal por la triple EEE.
1) Probabilidad de riesgo ecotoxicológico
baja: Daños de ocurrencia raras veces.
2) Probabilidad de riesgo ecotoxicológico
me d ia : Dañ o s de oc u rr e nc i a en
determinadas ocasiones.
3) Probabilidad de riesgo ecotoxicológico
alta: Daños de ocurrencia siempre.
Asimismo, la posible valoración de la
consecuencia del riesgo ecotoxicológico (CRE)
fue calificada en tres niveles:
1) Consecuencia de riesgo ecotoxicológica
a l t a : Re s p u e s t a b i o l ó g i c a m u y
comprometida con lesiones, trastornos y
comportamientos anómalos.
2) Consecuencia de riesgo ecotoxicológica
media: Respuesta biológica comprometida
c o n l e s i o n e s , t r a s t o r n o s y
comportamientos anómalos.
3) Consecuencia de riesgo ecotoxicológica
ba j a: Re s pu e sta b i oló g ic a p oc o
comprometida con lesiones, trastornos y
comportamientos anómalos.
Se estableció para la estimación de la magnitud
para el valor de daño ecotoxicológico (MVDE),
cinco categorías cualitativas considerándose lo
siguiente:
Dentro de las razones más complejas para entender
la evidencia de riesgo en una especie biológica, es
la incertidumbre del posible resultado negativo que
está relacionado con las características de la
tensión (aparición, duración, magnitud, intensidad,
novedad a lo que se expone) en función al tipo de
fenómeno, suceso, evento, proceso puntual o
sistemático. Asimismo, otra limitación que
imposibilita cuánto, qué, cuándo y dónde
tendríamos que observar, planificar o comunicar de
la manera más éticamente posible un resultado no
deseado obedece a, criterios no uniformes para
establecer el diagnóstico de daño en una muestra
biológica (MB). La MB puede ser, el contenido
molecular, estructura subcelular, células, tejidos,
órganos e individuos expuestos algún agente físico,
químico o biológico de forma accidental o no.
El objetivo del estudio fue, demostrar la teoría
biológica del riesgo ecotoxicológico por daño
grupal mediante monitor ambiental.
Se consideró tres niveles de probabilidad sobre la
salida o información de riesgo ecotoxicológico
(PRE): baja, media, alta.
MATERIALES Y MÉTODOS
Biological theory of ecotoxicological risk
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organismos.
4) M a g n i t u d d e l v a l o r d e d a ñ o
ecotoxicológico severa: Daños atribuibles
a lesiones, trastornos o comportamientos
anómalos que son ya invalidantes y donde
comienza acortarse la vida de los
organismos.
5) M a g n i t u d d e l v a l o r d e d a ñ o
ecotoxicol ógico extrema: Da ños
atribuibles a lesiones, trastornos o
comportamientos anómalos que son
incompatibles con la vida y donde existe
una muerte esperada de los organismos.
La tabla 1 muestra, interacción matricial entre la
PRE y la CRE para evaluar la respuesta sobre la
magnitud del valor de daño ecotoxicológico.
- Magnitud del valor de daño ecotoxicológico:
Cambios o manifestaciones que pueden o no
afectar la naturaleza biológica.
1) M a g n i t u d d e l v a l o r d e d a ñ o
ecotoxicológico trivial: Cambios o
manifestaciones ajenas que no son
invalidantes para la vida de los
organismos.
2) M a g n i t u d d e l v a l o r d e d a ñ o
ecotoxicológico leve: Daños atribuibles a
lesiones, trastornos o comportamientos
anómalos no sistémicos.
3) M a g n i t u d d e l v a l o r d e d a ñ o
ecotoxicológico moderada: Daños
atribuibles a lesiones, trastornos o
comportamientos anómalos que conducen
a una o determinadas pérdidas donde
comienza a comprometerse la vida de los
Tabla 1. Magnitud del valor de daño ecotoxicológico.
Consecuencia
Respuesta
Baja
Media Alta
Probabilidad
Baja
Trivial Leve Moderada
Media Leve Moderada Severa
Alta Moderada Severa Extrema
necesario para el acercamiento al posible daño real
de la muestra biológica que, el valor de puntuación
asignado a: X, a, b, c y n corresponda con uno de los
criterios de observación según la MVDE. Para ello,
siempre implicará tener conocimientos básicos
sobre la MB analizada. Por ejemplo, al mostrarse la
histología en el estudio realizado por Jackson et al.
(2019) sobre el daño hepático en Heterandria
F o r m o s a ( G i r a r d , 1 8 5 9 ) e x p u e s t a a
concentraciones subletales de 17αethinylestradiol
se describió que, en la fotomicrografía de panel A,
las flechas apuntan a los hepatocitos irradiados (H)
y sinusoides (S). El panel B, muestra la alteración
de la arquitectura hepática donde las fechas
apuntan a la pérdida de núcleos (NL), lisis celular
(L) donde (*) denota sangre estancada y el panel C,
refiere a muestra sinusoides dilatada (S) donde
hubo pérdida de la estructura celular y alteración en
la arquitectura del hígado (Fig. 2).
Asimismo, según los fundamentos básicos de la
progresión aritmética donde:
A = A + r (n – 1)
n 0
Siendo:
A = n –ésimo término
n
A = valor inicial
0
r = razón
Entonces, se estableció tres intervalos para evaluar
el riesgo ecotoxicológico por daño grupal (REDG)
según las siguientes ecuaciones:
[(X) – (aX)] (REDG bajo)
[(aX + 1) – (bX)] (REDG medio)
[(bX + 1) – (cX)] (REDG alto)
·Nota: (–), no es el símbolo matemático de
sustracción, representa la amplitud del
intervalo.
Como el riesgo es una probabilidad, resultará
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respecto a, seleccionar una categoría de MVDE
que no corresponde (tabla 2).
Según los resultados observados, cuáles podrían
ser las consecuencias erróneas de anotación con
-1 -1
Figura 2. Secciones de hígado (A: control, B: exposición a 5ng·L , C: exposición a 25 ng·L ).
Tabla 2. Anotación sobre la magnitud del valor de daño ecotoxicológico / MVD = magnitud del valor de daño.
No. MVD
Anotación Verdadera categoría
1 Trivial
2 Leve
3
Moderado
X
4 Severo X
5 Extremo
valorarse un mínimo de biomarcadores que sean
representativos para el resto de los individuos y/o
poblaciones que habitan en el espacio ecológico y
donde se reconozca la MVDE por exposición al 17
α ethinylestradiol.
Para discriminar las limitaciones sobre posibles
interpretaciones descriptivas se asignaron códigos
de puntuaciones (X = 1; a = 3; b = 5; c = 10) y así
quedarían los intervalos para el REDG (tabla 3).
Tal resultado, puede ser análogo a muchos otros y
donde es evidente, la incorrecta toma de decisiones
que quizás trascurren desde replicar el experimento
hasta asumir únicamente daños en el modelo
biológico de experimentación.
Si el daño solo es único y propio en la especie H.
formosa, la interpretación estaría en asumir que,
serían semejantes los daños en otros grupos
biológicos relacionados. Por el contrario, al ser
diferentes, la toma de decisiones correspondería a,
Tabla 3. Intervalos del riesgo ecotoxicológico de daño grupal.
Intervalos
REDG baja X - 3X
REDG media
3X + 1 - 5X
REDG alta 5X + 1 - 10X
consecuencia de riesgo ecotoxicológica,
generando la magnitud del valor de daño
ecotoxicológico.
La tabla 4 muestra, el sistema de puntuación según
los intervalos del REDG ante la interacción de la
probabilidad de riesgo ecotoxicológico y la
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Tabla 4. Sistema de puntuación según los intervalos del riesgo ecotoxicológico por daño grupal.
PRE: Flecha horizontal / CRE: Flecha vertical.
10
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
9
9
18
27
36
45
54
63
72
81
90
8
8
16
24
32
40 48 56 64
72
80
7
7
14
21
28
35 42 47 56
63
70
6
6
12
18
24
30 36 42 48
54
60
5
5
10
15
20
25 30 35 40
45
50
4
4
8
12
16
20 24 28 32
36
40
3
3
6
9
12
15 18 21 24
27
30
2
2
4
6
8
10 12 14 12
18
20
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
numérica de la magnitud del valor de riesgo
ecotoxicológico (Fig. 3).
Considerando la interacción entre la probabilidad
de riesgo ecotoxicológico y la consecuencia de
riesgo ecotoxicológica se obtiene la codificación
Figura 3. Codicación numérica de la magnitud del valor de riesgo ecotoxicológico.
Argota-Pérez et al.
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2013) para analizar la contaminación del
ecosistema acuático San Juan, Santiago de Cuba-
Cuba (Fig. 4).
Se utilizó como monitor ambiental la especie
Gambusia punctata (Poey, 1854) (Argota et al.,
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 4. Ecosistema San Juan (rectángulo) en Santiago de Cuba-Cuba.
(periodo de lluvia y estiaje) donde se incumplió con
el valor permisible según la norma reguladora
utilizada.
La tabla 5 muestra, el valor del oxígeno disuelto y
la demanda bioquímica de oxígeno en cinco
estaciones seleccionadas de forma aleatoria
durante el 2018 para dos momentos diferentes
Tabla 5. Determinación de parámetros físico-químicos por periodo y estaciones de muestreo / OD = oxígeno
disuelto. DBO = demanda bioquímica de oxígeno.
5
Periodo Estación OD DBO5
lluvia
1 4,7 ±0,2 28,4 ±2,3
2
5,0 ±0,2
22,1 ±1,7
3
5,1 ±0,3
33,7 ±2,6
4
5,1 ±0,3
34,8 ±1,9
5
5,2 ±0,2
30,2 ±2,4
estiaje
1
4,7 ±0,2
42,2 ±2,8
2
4,9 ±0,1
39,3 ±2,1
3
4,6 ±0,2
35,8 ±1,2
4
4,5 ±0,2
39,6 ±1,5
5 4,8 ±0,2 40,4 ±2,4
referencia ≥6,0 ≤4,0
Santiago de Cuba), el cual se utilizó como
referencia ambiental.
La tabla 6 muestra el factor de condición biológico
(K) ante los parámetros físico-químicos donde se
comparó con la G. punctata del río Filé (ubicado en
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de ocurrencia en determinadas ocasiones
(momento) condicionando a, la probabilidad de
riesgo ecotoxicológico de tipo alta. Por ende,
cualquier respuesta biológica como la respiración
(consecuencia de riesgo ecotoxicológica) estuvo
comprometida (media) o muy comprometida
(alta). Considerando que, los valores de oxígeno,
no se encontraron muy bajos, entonces se indicó la
consecuencia de riesgo ecotoxicológica de nivel
media.
La tabla 7 muestra, la magnitud del valor de riesgo
ecotoxicológico moderada ante el análisis de los
parámetros físico-químicos (oxígeno disuelto
como variable de interés) y K. El valor K, posibilitó
obtener información sobre el crecimiento,
nutrición, reproducción, además, analizar cómo las
condiciones ambientales afectó la población. Dado
que, la G. punctata es una especie depredadora, la
misma permite comparar su contenido estomacal
observándose, diferencia numérica considerable
(casi el triple) con respecto a la G. punctata del
ecosistema acuático de referencia Filé (tabla 8).
Al comparar los valores de K (Statgraphics
Centurion versión XVIII) entre machos y hembras
de los dos ecosistemas se observó que existe una
diferencia estadísticamente significativa entre las
medias de K para los machos (t = 41,63; valor-P =
0,0000019) y para las hembras (t = 13,61; valor-P
= 0,000) de los ecosistemas con un nivel de
confianza del 95,0%.
Ante los resultados hallados puede considerarse
que, existió comportamiento anómalo que condujo
a la pérdida de peso y la talla lo cual, podría tener
consecuencias para la vida. Al identificarse la
magnitud del valor de daño ecotoxicológico,
correspondió a la categoría cualitativa de
moderada. Según la tabla 1, existen tres
combinaciones que arrojan tal criterio (PRE alta –
CRE baja; PRE media – CRE media, PRE baja –
CRE alta) donde debe seleccionarse uno de ellos.
Si, uno de los parámetros físico-químicos
determinados, es vital para la supervivencia de la
especie como es el oxígeno disuelto, la
disminución en un tiempo dado, provocará daños
Tabla 6. Factor de condición biológico / G. punctata / San Juan – Filé / Pt = peso total. Lt = longitud total. K = factor
de condición biológico.
Ecosistema
Sexo Pt
Lt3
K
San Juan
machos
0,02±0,001
2,04±0,043 0,31±0,014
hembras
0,08±0,001
2,47±0,026 0,46±0,009
Filé machos
0,14±0,002
2,77±0,013 0,66±0,004
hembras 1,00±0,003 5,03±1,22 0,79±0,041
Tabla 7. Magnitud del valor de riesgo ecotoxicológico / parámetros físico-químicos / K.
Consecuencia
Respuesta
Baja
Media Alta
Probabilidad
Baja
Media Moderada
Alta
Tabla 8. Número de individuos en el contenido estomacal / G. punctata.
Ecosistema
Sexo
Insectos
Arácnidos Crustáceos
Gasterópodos
Total
San Juan
Hembras
19
6
9 4 38
Filé
51
38
13 11 113
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observación y ello se entendió cómo, la teoría
biológica del riesgo ecotoxicológico por daño
grupal mediante monitor ambiental (Fig. 5).
Establecer un signo de equivalencia ante la
trayectoria del biomarcador K con relación al
análisis de comportamiento por otros taxones
puede explicar, el razonamiento inferencial de la
Figura 5. Teoría biológica del riesgo ecotoxicológico por daño grupal mediante monitor ambiental.
función con datos obligatorios o complementarios
medidos.
La Teoría Biológica del Riesgo Ecotoxicológico
por Daño Grupal mediante Monitor Ambiental
permite predecir, cualquier desequilibrio en los
ecosistemas; y en consecuencia, actuar de forma
oportuna e independientemente, si el análisis sobre
los niveles de probabilidad y de consecuencias
hayan sido incorrectos, pues siempre la valoración
en otros grupos taxonómicos, posibilitará
reconsiderar la interpretación del biomarcador
seleccionado donde el daño a esperar, será
orientado por la expresión del signo de
equivalencia.
Se concluye que, el surgimiento de indicadores
biológicos para evaluar la toxicidad, persistencia y
biomagnificación de contaminantes ambientales,
ha cobrado gran importancia en los últimos años
dentro de la ecotoxicología con lo cual, permite
analizar la evolución de los ecosistemas (Argota &
Iannacone, 2018). De igual modo, contribuye a
iniciar de forma acelerada la interpretación
conjunta sobre los posibles daños que ocurren para
uno o más grupos biológicos, además, la toma de
decisiones con fines de conservación. Sin duda
alguna, la paráfrasis relacionada a los riesgos
dentro de la naturaleza biológica resulta
complicado, pues siempre habrá daños
espontáneos y puede ser que, la exposición a
contaminantes en ese instante, desencadene un
efecto adverso. A pesar de, sucederse solo sería en
algunos individuos y no, en la totalidad poblacional
por cuanto, habrá que reconocer únicamente, el
análisis común o similar. Pareciera confuso durante
el análisis del riesgo ecotoxicológico utilizando un
monitor ambiental, diferenciar entre la
probabilidad y consecuencia donde solo deberá
entenderse, la decisión interactuada entre el posible
daño a suceder y la respuesta biológica a esperar en
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Received March 19, 2019.
Accepted April 11, 2019.
Biological theory of ecotoxicological risk
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