生活
[W] 何谓知识? 作为解释? 作为理论? 科学哲学家传统上倾向于抽象地处理这些问题,好像它们可以独立于历史或学科背景来回答。 作为科学家和历史学家,我个人的经历。。。 说服我,这些问题的答案不是给出的,而是偶然的; 不是普遍的,而是地方和历史特定的学科文化问题。。。 一旦我意识到这个问题,认识论文化中的其他变化也变得明显。。。 这些反映了问题、可用技术、资源以及认知、实践和心理需求方面的差异。 换言之,我在这里的兴趣不在于什么应该算作科学解释,而在于什么真正重要。 为此,必须参考在特定时间和特定科学研究领域中有效的解释性惯例。 [2]
要开始
基本无机和有机化学成分; 生物细胞是生命系统的“原子”,是一个基本的工作单元和构件; 分子和超分子结构、相互关系和相互作用的网络层次; 将细胞与其外部环境隔开并使其能够与外部环境交换物质、能量和信息以维持生命活动的边界; 能量输入及其在细胞工作中的应用; 输出的混乱程度超过了自身产生的秩序; 核心 新陈代谢 ; 胞内和胞间通信和计算信息处理; 自组装、自组织、自我防御和自我修复; 抵抗重要功能和机制的扰动以恢复正常偏差( 平衡 ); 稳态应变 生理机制,使系统能够通过生理上的适应性变化对不同的压力源进行有益的调节 实时和跨代适应,包括学习; 突现行为 ; 自我生产; 对自我和自我之外的世界的认知; 死亡。
这个答案不是同义反复,因为它允许从生命的定义中排除许多属性。。。 剩下的是我们人类与肠道中大肠杆菌的共同点。 这仍然是很多。。。 我们和大肠杆菌以及所有其他生物都是由细胞构成的,这些细胞是由相同的物质构成的。 我们通过相同的机制构建我们的成分。 我们依靠相同的过程从环境中提取能量并将其转化为有用的工作。最重要的是,我们使用相同的遗传语言,遵守相同的密码。 当然,也有不同之处。 否则,我们都是一样的。 但基本蓝图是一样的。 生命只有一次。。。 我们和大肠杆菌是远亲; 非常遥远,但毫无疑问相关。 [4]
生命是什么?
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生物的传记或生活方式 生活 一只山地大猩猩 生活 历史-有时甚至在它/她/他去世后- 生活 阿尔伯特·爱因斯坦; 一种生活方式-她领导 生活 艺术家; 集合植物中的生物 生活 ,海运 生活 ; 生物之间的关系 生活 森林; 生物相关科学-她成为了 生活 专攻植物生理学的科学家; 智力或想象力活动 生活 心灵的; 所有生物过去和现在的进化 生活 ; 和, 描述生物特征并将其与非生物区分开来的共同基本过程- 生活 作为一种独特的自组装材料系统。
生物的基本单位和过程
构建基块
·生物细胞,种类繁多
-分子
物质本身什么也不产生,什么也不改变,什么都不做; 无论后来缩写我们的命名法和描述多么方便,我们都必须在一开始就非常小心地意识到,精子、细胞核、染色体或生殖浆永远不能单独作为物质,而只能作为能量的座位和力量的中心。 [10]
复杂等离子体[由大量带电粒子组成的外层空间常见物质状态]可以自然地自组织成稳定的相互作用螺旋结构,呈现出通常归因于有机生物的特征。 自组织是基于等离子体相互作用的非平凡物理机制,包括等离子体极化的过度屏蔽。 因此,由固体微粒组成的每个螺旋线都受到等离子体通量的拓扑和动态控制,从而导致粒子充电和过筛,后者甚至在相同电荷符号的螺旋线之间提供吸引力。 这些相互作用的复杂结构表现出热力学和进化特征,这些特征被认为是生物特有的,例如作为“记忆标记”的分叉、自我复制、热力学开放系统中的代谢率以及非哈密顿动力学。 我们根据用于定义生命的自主性、进化性、后代性和自动生成原理,研究了这种新的复杂“软物质状态”的显著特征。 得出的结论是,复杂的自组织等离子体结构展现出所有必要的特性,使其成为可能存在于空间中的无机生物的候选者,前提是某些条件允许它们自然进化。
-单元格
“生活”的热力学
热量自发地从温度较高的区域流向温度较低的区域,也就是说,在没有外部机构的帮助下,永远不会自发地朝相反的方向流动。 这也适用于其他形式的能量,包括电磁能和化学能:能量的集中分散,向下流动,以降低能量水平,可以说,流动到“冷态”,在这个过程中,能够做功。 [26] [27] 当输入到系统中的热量使其做功(例如,在蒸汽机中)时,它决不会将输入的能量完全转换为功。一些热量总是以“排气”的形式消散,即系统无法用于进一步工作的低质量热能。这也适用于做功的其他形式的能量; 一些能量总是转化为废气,通常是热量。 根据经验,在一个系统中,能量转化为功永远不可能以100%的效率进行。 产生后果的原因是,功可以在系统中产生秩序,但它总是将输入的部分能量输出为一种组织性较差的能量形式,即热量。 实验揭示了秩序的平衡表:当能量输入导致系统工作时,系统(如活细胞)及其周围环境的秩序程度永远不会增加; “净”订单总是减少- 数字化信息系统 订单增加。 科学家已经学会了如何量化紊乱的程度,他们把这个数量称为 熵 水蒸气的分子分布几乎是随机的,其熵(分子显示出较低的有序排列)高于液态水,其分子分布较少随机,其熵远高于冰,其分子以更有序的晶体阵列分布。 在一个孤立的系统中,冰往往会自动融化,液态水会蒸发。 秩序往往是无序的,宇宙作为一个整体趋向于耗尽自身,进入随机的“平衡”状态。
…只有假设组成宇宙的能量/物质是 接近平衡 以及它的发展 走向平衡状态 通过瓦解和混乱,遵守法律 平衡热力学 然而,如果我们假设组成宇宙的能量/物质是 远离平衡 它作为一个不断演化的流而存在,而流经并组成宇宙的能量/物质通过自组织从简单无序演化到复杂有序,这符合 非平衡热力学 . [29]
超新星留下的较重的原子核不处于热力学平衡。 这些核的衰变是行星非平衡环境的强大来源。 放射性衰变(地球深处)驱动着地球上的构造和火山活动。 这在许多地区造成了不平衡的环境,例如海底的黑人吸烟者。 尽管没有直接的太阳能,但随之而来的能量不平衡支撑着【附近】的生命。 [22]
熵总是增加的定律,热力学第二定律,我认为在自然定律中占据了最高地位。 如果有人向你指出,你心爱的宇宙理论与麦克斯韦方程组不一致,那么麦克斯韦方程式就更糟了。 如果发现与观察结果相矛盾,那么这些实验家有时会搞错。 但如果你的理论被发现违反热力学第二定律,我就不能给你任何希望; 除了在最深的屈辱中崩溃,别无选择。 [35]
人们普遍认为,生命需要自由能量的来源和利用自由能量的机制。值得注意的是,反过来也可能是正确的:通过非生物过程不断产生自由能量来源[例如,地球深处放射性衰变产生的能量] 可能迫使生命存在,以缓解自由能压力的积聚。 这一论断——非平衡统计力学已有先例,化学实验证据不断增多——意味着地球上必须出现生命,至少在任何类似的行星上,早期的步骤都会以同样的方式发生, 我们应该能够从化学和物理的基本原理以及对早期地球化学条件的准确理解来预测其中的许多步骤。 生命的确定性出现反映了物理、化学和生物学之间的本质连续性。 这将表明,我们认识到的生命秩序的一部分是地球圈固有的热力学秩序,达尔文选择的某些方面是物理和化学自组织的可能更简单的统计力学的表达。 [21]
莫罗维茨和史密斯认为,之所以会出现这种情况,是因为它是一种更好的“避雷针”,可以释放多余的能量。 [36]
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新陈代谢
管理生命系统能量交换的机构,包括从系统外部捕获能量,将其转换为各种形式,用于不同的生理活动,以及处理系统外部的不可利用的能量浪费; 通过分子反应管理系统的动态架构和功能状态,用于信号传递、合成和降解; 和, 管理废弃分子材料处置的机构;
一个有机体的细胞通过化学反应转化能量、保持其特性和繁殖。 从单细胞海藻到哺乳动物,所有生命形式都依赖数百种同步且精确调节的代谢反应,以支持它们从受孕到生长和成熟直至死亡的最后阶段。 这些反应中的每一个都是由特定的细胞酶或催化剂触发、控制和终止的,每个反应都与整个生物体内的许多其他反应相协调。 [40]
虽然一个活着的有机体是通过它的外表和结构来确定和识别的,但它作为活着的状态是由它的化学物质来确定的,因此也是由它的新陈代谢来确定的。 这是一个反应网络,负责合成生物体生存所需的所有分子,除了直接从其环境中获得的分子,并处理有害或不再需要的分子。 整个网络由数千个相互关联的反应组成,由于其中许多反应需要远离平衡,所有生物体都需要并消耗能量。 [41]
……我们通过对整个基因组的分析得知(引用: [43] )自养生物(从无机材料和自由能量来源合成自己食物的生物体)的完整代谢图有一个通用的核心,基于一组不到500个分子量小于400道尔顿的有机小分子。 在核心代谢中,我们认识到两大类功能。 合成代谢 包括一系列生成有机化合物的反应,而 分解代谢 是为了能量或材料而分解有机化合物。 合成代谢本质上是一种 还原的 这个过程意味着它消耗能量丰富的电子来创建分子键。 如果环境提供合适的电子供体[能源],一个生物体可能只存在合成代谢反应,许多被认为具有古老血统的厌氧生物的主要分支是靠地球化学[能源]输入(称为自养生物 化学自养生物 )其代谢几乎完全是合成代谢的(引自: [44] ) [21]
……当以还原方向运行时,这个循环可以从非生物CO2和电子中复制自己的成员,这是一个属性指定的网络自动催化。 因此,在生物合成网络的层次上,还原性柠檬酸循环似乎是所有生物化学前体合成的自足引擎(引用: [45] ) [21]
从这些基本步骤开始,在一个密集而简单的反应网络中,产生复杂氨基酸、核酸和辅因子的更精细的途径。 " [21]
……在早期地球条件下,rTCA(还原性三羧酸循环)在竞争性氧化还原松弛路径中受到统计上的青睐,这一特征推动了它的出现,也解释了它的进化稳健性和普遍性。 [42]
“生活”的进化方面
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自我组织
一个自组织过程可能被认为包括三个主要阶段:(i)基本成分选择性结合的分子识别; (ii)在正确的相对配置中,通过多个组件的顺序和最终分层绑定实现增长; 它可能表现出合作性和非线性行为; 和(iii)终止过程,需要一个内置功能,即停止信号,该信号指定终点并表示过程已完成。 [56]
在化学中,非共价相互作用现在被用于在溶液中合成大型超分子聚集体。 这些合成的目的不仅是创造一种特殊的结构,而且是在这些超分子中引入特殊的化学功能。。。
从分子识别基础的研究开始,[超分子化学]探索了在化学系统向自组织过程的编程中分子信息的实现,这可能是基于[化学家]的设计或其成分的选择。
……让我将自组织定义为在众多只遵守局部规则的分子之间的相互作用中出现超分子秩序,而不参考外部模板或全球计划。。。 该定义明确排除了外部模板强加的顺序,无论是物理的(如复印机中的)还是遗传的(如核苷酸序列对氨基酸序列的规范)。。。 自组装复合物的结构完全由其部分的结构指定,因此隐含在指定这些部分的基因中:自然选择精心设计这些基因以指定组装成功能复合物的部分。 [64]
蛋白质序列的基因编码。 它们没有明确编码蛋白质与其他细胞分子和产生功能的细胞器之间的相互作用。 它们也没有指出哪些蛋白质在健康和疾病中支持细胞和细胞器功能的关键途径上。 生命系统中的许多交互逻辑都是隐含的。 只要有可能,大自然就会把这一问题留给分子本身的化学性质以及在进化过程中利用这些性质的极其复杂的方式。 就好像遗传密码的功能,被视为一个程序,是构建计算机的组件,然后自行组装来运行遗传密码一无所知的程序。。。 [66]
…生物系统可以被视为特殊的计算设备。 这种观点来源于对基因中信息存储和检索方式的考虑。 基因只能指定它们编码的蛋白质的属性,系统的任何综合属性都必须通过它们的相互作用来“计算”。 这为模拟分析提供了一个框架,并为还原论模型所能实现的目标设定了实际界限。 [69]
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自主代理
自主代理是一个系统,它位于环境中,是环境的一部分,能够感知环境,并随着时间的推移对其采取行动,以追求其自身的议程,从而影响其未来的感知。 它具有反应性(及时响应环境变化;自主性(控制自己的行动); 目标导向(追求自己的议程); 连续处理。 一些自治代理也可能具有可通信性(与其他代理)的特性; 适应性(基于以往经验); 无脚本的灵活性。 [74]
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网络
模块 包括具有不同于其他模块的特定功能的子网络,并且通常但不总是与其他模块连接,通常仅在一个输入节点和一个输出节点处。 单个模块不仅通过其功能特异性,还通过空间特异性(如核糖体)或化学特异性(例如信号转导网络)实现其作为独特实体的地位。 模块化有助于促进实时系统对环境变化的适应性,因为系统中模块的组织有助于系统的紧急属性。 [80] 它也有助于进化适应,因为为了选择适应,进化可能只需要修改几个模块,而不是整个系统。 进化有时会“淘汰”现有模块,以获得有助于生殖健康的新功能。 例如,达尔文推测,骨骼重的鱼类的鱼鳔进化为对浮力控制的适应,但在某些鱼类和陆生脊椎动物中被视为呼吸器官。 [81] [82] 稳健性 描述了网络如何在环境扰动影响组件的情况下保持其功能。 健壮性还减少了研究人员必须考虑的网络类型的范围,因为只有某些类型的网络是健壮的。 [83] 网络主题 提供网络设计的经济性,因为同一个电路在细胞调节中可以有许多不同的用途,如自动调节电路和前馈回路。 大自然选择图案部分是因为它们能够使网络变得健壮,所以系统使用的图案在许多不同的网络中反复工作。 [84] 在几个研究得很好的生物网络中,网络基序的丰富性——小的子网络——与鲁棒性程度相关。 [85] 网络,像细胞中的网络和大脑中的神经网络, [86] 使用基序作为基本的构建块,就像多细胞生物使用细胞作为基本构建块一样。 模式为生物学家提供了一种简单的生物功能,因为他们努力模拟网络的有组织层次结构的动态。 [84]
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信息处理
生物不断地失去信息,并且会像非生物系统一样,沉入热力学平衡。只有一种方法可以使系统不沉入平衡:注入新的信息……为了维持其高秩序,有机体必须不断地注入信息。 现在,这正是蛋白质恶魔在生物体内的行为。 他们从环境中获取信息并将其导入生物体。 根据守恒定律,这意味着环境必须经历热力学熵的等效增加; 对于有机体获得的每一点信息,恶魔环境中的熵都必须增加一定数量。 因此,这里存在一种权衡,即以信息换取熵的物物交换; 蛋白质恶魔从事的就是这种奇怪的交易。 事实上,他们从头开始就知道这一点,并将其磨练到了极致。 他们不停地进行交换,获取大量信息,因此设法使生物体保持在平衡之上,并在局部扭转热力学箭头。
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自创生
德国哲学家伊曼纽尔(Immanuel)康德(Kant)曾说过,在机器中,各个部分是相互存在的,但不是相互依存的; 他们一起工作以达到机器的目的,但他们的操作与制造机器无关。 有机体则完全不同,有机体的各个部分不仅协同工作,还产生有机体及其所有部分。 每一部分都是因果、手段和目的。 因此,虽然机器意味着机器制造商,但有机体是一个自组织实体。 与机器不同,机器反映了制造商的意图,生物是“自然目的”。康德的观点非常明智,而且仍然正确,但即使是他也被下一个阶段所阻碍:我们如何才能发现作为生物标志的有目的组织的原因? [104]
自体造血试图定义以基本细胞形式产生生命的出现的独特性。它是细胞水平特有的。 有一个循环或网络过程产生了一个悖论:生物化学反应的自组织网络产生分子,分子做一些特定和独特的事情:它们创造了一个边界,一个膜,它限制了产生膜成分的网络。 这是一个逻辑引导,一个循环:网络生成实体,创建边界,约束生成边界的网络。 这种引导正是细胞的独特之处。 引导完成时,存在一个自我管理实体。 这个实体产生了自己的边界。 它不需要外部代理注意它,也不需要说“我在这里”。它本身就是一种自我区分。 它从化学和物理的混合物中自我引导。 [105]
一种自我构造的机器,被组织为一个交互网络,循环地制造组件,其自组织交互可以自我构造系统的自延续交互网络。 一种自我构造的机器,被组织成一个交互网络,可以通过对其被干扰的组织(体内平衡)进行自我纠正,或通过将自身重组为不同的自我永存交互网络(适应性;繁殖)来应对干扰。
\尸检理论。。。 通过认识到生命是一个循环过程,它产生的成分反过来在过程本身中自组织,并且都在其自身制造的边界内,从而抓住了细胞生命的本质。
一个组件组织,能够周期性地生产和复制组件,这些组件可以自组织来构建生产这些组件的组件组织;
所产生的组件在机器和环境之间自动构建边界,其性质使机器能够与环境进行交易,获得维持其自我维持组织所需的材料和/或能量;
这些组成部分自我构建了一个组织,该组织具有认知能力,能够识别其需要输入的资源和需要输出的废物。
这些组成部分产生了自我构建的组织,该组织具有自我平衡能力,能够“纠正”/“适应”组织的扰动,或进行适当的重组,以维持一个自我延续的组织; [108]
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应急系统的层次结构
有机和无机部件列表(例如。, 分子 和 离子 ; 细胞 、细胞器、, 器官 和生物体)- 亚里士多德的“物质”原因 ; 各部分如何相互关联以形成结构(例如,网络)- 亚里士多德的“形式”(form-like)事业 ; 部件和结构如何相互作用(例如,网络动力学),以及它们如何以协调的动态和层次方式相互作用(如基因表达、自组织、竞争)- 亚里士多德的“有效”(效应)原因 ; 和 生命系统作为一个整体是如何运作和行为的,以及表征它的属性(例如,繁殖;运动;认知)- 亚里士多德的“最终”原因
出现
……图像还原论是一种“自下而上”的方法(例如,原子到分子、细胞器、细胞到组织)足以解释所有现象的系统。 有机主义认为这还不够,必须同时使用自上而下和自下而上的方法来解释现象。 例如,还原论本体论和解释将组织视为细胞的有组织集合,将细胞视为细胞器的有组织的集合等, 生物体在其环境中的功能(也许还有其他参数)。 肝细胞的结构和功能不仅取决于组成肝细胞的细胞器的特性,还取决于其所在器官的特性。 [117]
考虑紧急行为的一种合理方式可能是关注规则所在的级别或规模。 如果规则是在低水平上指定的,例如,单个白蚁,以及白蚁丘等模式和结构,以没有指定规则的规模出现,我们可以称之为这种突发行为。 [119]
生物学出现谱
足够大的成分“密度”,随着浓度的增加,复杂性增加,达到一定程度;
组件之间具有足够的相互关联性,在一定程度上,随着相互关联类型的增加,复杂性也在增加;
通过系统的足够能量流,使系统组件能够以带电系统的自组织方式特征进行交互工作;
能量以循环方式流经系统,可能有助于形成有组织系统的时空模式特征。
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生命系统的基础
不同的科学观点
生命系统从其环境中输入自由能量、富含能量的物质、有序(有时称为“负熵”)和信息,并以低级、退化的能量、不可用的材料和比其自身产生的有序更多的无序(熵)的形式输出废物。 自由能通过一个生命系统的下坡流动使这个序列得以实现,使生命系统能够组织起来并维持这个组织,从而推迟(在其一生中)热力学第二定律的指令,该定律指出,有组织的系统最终会退化到一种随机状态;
所有生命系统的基本构件和工作单元是 细胞 ,通过边界膜与周围环境分离,该边界膜允许与周围环境进行能量、材料和信息交换; 人们可能会认为细胞是生命系统自身结构和功能化的“原子”,是多种类型的原子,多于化学元素的数量,大多数原子细胞由多种“同位素”组成,形式略有不同的“基因型”;
所有细胞都来源于细胞,因此从细胞机械的基本启动装置开始生命;
作为其起始材料的一部分,细胞会继承一个(遗传)数据库,以供自组织使用。 这种以核酸大分子形式存在的信息来源编码了许多不同类型的蛋白质,这些蛋白质根据其自然物理化学性质相互作用,自组装出一个层次结构的子系统组织,这些子系统可以输入能量,输出废物;
分子和超分子相互作用是自组装和维持生命组织的基础,受物理和化学的普遍规律支配; 这些规律,再加上遗传信息,使一个自组织系统能够以自己的名义自主工作,以维持生存状态和繁殖, 并使特性和生理功能得以显现,而对与嵌入它们的系统隔离的系统组成部分的特性的研究是无法预料的;
生命系统的活动没有“主控制器”; 他们只需要一种自我组装的组织,来维持系统的远场平衡,这种状态通常会产生不太可能的自组织新结构和活动;
生物无法逃避外部条件的实时变化,因此它们必须保持 平衡 实时适应性超出了动态平衡的限制(即。, 稳态应变 ),适应能力强,能够重组以维持其生存状态,并在组织中表现出稳健性。 鲁棒性和适应性源自分子电路子网络层次网络的特性;
生命系统作为嵌入在更复杂的涌现系统中的涌现子系统层次结构,产生复杂性和涌现属性,就像一个生物体生活在其他生物体的环境中一样。
生物系统在繁殖过程中产生了足够的变异性,允许通过自然选择进行进化,这引导了地球生活世界35亿年历史的延续。 通过进化,生物系统产生了越来越多的生物系统,占据了极端的环境范围,创造了影响自身和其他物种进化的环境, [136] 并开发足够的复杂性,使他们能够以允许自己“体验”的方式处理信息。
观点综合
从低等的阿米巴虫到人类,所有活着的有机体生来就具有解决问题的装置 自动地 ,不需要适当的推理,生活的基本问题。 这些问题是:寻找能源; 整合和转换能源; 保持室内化学平衡,与生活过程相适应; 通过修复其磨损来维持生物体的结构; 以及抵御疾病和身体伤害的外部因素。 [137]
我们认为(生命的)唯一绝对需求是热力学不平衡,温度与化学键一致。 [22]
抽象生活
非以地球为中心非以物质为中心的观点
以地球为中心的物质中心观点
补充文本
请参阅 生命/附录 有关本条的补充文本,请参阅以下主题:
生命的选定定义 已出版的生命定义集 外生物学家的观点 灰色地带 亚里士多德关于生物四大原因的现代观点
工具书类
引文和注释
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↑ 发件人:Robinson R.(2007) 障碍和性状互补共同决定授粉网络结构。 公共科学图书馆生物学 5(2):e54。 ↑ 2 2.1 2.2 凯勒EF。 (2002) 理解生命:用模型、隐喻和机器解释生物发展 马萨诸塞州剑桥:哈佛大学出版社。 国际标准书号067400468| 谷歌图书预览 . ↑ Luisi公共有限公司(2003) 自生:回顾和重新评价。 自然科学期刊 90:49-59 采购经理人指数12590297 . 注: 尸检的概念在其解释性叙述的范围内包含了所有生命系统的许多(如果不是全部的话)基本特征。 摘自摘要: 自噬作为一种细胞生命理论的基本原理是。。。 描述了,并强调了自动生成不是什么:不是抽象的理论,不是人工生命的概念,不是关于生命起源的理论,而是 基于细胞生命的实用生命蓝图 . [ 添加了强调 ][T]他的观点导致了对最小生命的概念性明确定义,并与相关概念建立了逻辑联系,如自组织、涌现、生物自主性、自相关性以及与环境的相互作用。 环境带来的扰动被视为由生活的内部组织选择和触发的变化。 这些选择性的耦合相互作用赋予了最小生命意义,因此由Maturana和Varela用“认知”这个有争议的术语来定义。 这种关于生命有机体与环境相互作用的独特观点使这些作者提出了“制定”的概念,并令人惊讶地认为,自动生成和认知是生命的两个相辅相成的方面,在某种程度上是等价的。 然后,它显示了如此定义的认知是如何让我们在生物学和认知科学之间架起一座桥梁的。
↑ 4 4.1 De Duve C.(2004) 生命进化:分子、思想和意义。 牛津大学出版社。 纽约 国际标准书号0195156056 Questia在线图书馆:全文在线订阅。 | 在谷歌图书上预览图书。 . ↑ 绍斯塔克JW。 (2012) 试图定义生命无助于理解生命的起源 . 生物分子杂志。 结构。 动态。 29(4):599-600. ↑ Davies PCW,Gribbin JR.(2007) 物质神话:挑战我们对物质现实理解的戏剧性发现 . 西蒙和舒斯特:纽约。 国际标准图书编号9780743290913 (pbk)。 在谷歌图书在线预览图书 在这里。 摘录: 量子物理学破坏了唯物主义,因为它揭示了物质的“实质”远不如我们可能相信的那样……物质本身已经从其中心作用降级,被组织、复杂性和信息等概念所取代。
↑ Grant MC.(1993年) 颤抖的巨人。 探索杂志 ,10月1日 从文章中可以看出: 然而,即使是雄伟的巨杉也不是记录保持者。 这一荣誉属于我和我的同事研究多年的一棵树:颤抖的白杨,一种常见的树木,点缀着北美许多山脉。 与巨大的红杉不同,每一种红杉都是一个遗传上独立的个体,一组数千只白杨实际上可以是一个有机体,共享一个根系和一组独特的基因。 因此,我们最近提名了一种生长在犹他州瓦萨奇山脉以南的白杨为世界上最大的生物。 我们给它起了个绰号叫Pando,拉丁文意思是“我传播”。 熊猫由47000个树干组成,每个树干都有一棵普通树的叶子和树枝,占地106英亩,保守地说,它的重量超过1300万磅。。。。
↑ Zax D(2007)《冠军》。 史密森学会,2007年秋季。 谢尔曼将军树 据史密森学会(Smithsonian)的作者大卫·扎克斯(David Zax)介绍,截至2006年,加利福尼亚州的一种名为“谢尔曼将军树”(General Sherman Tree)的红杉已成为世界上最大的生物(52500立方英尺,270万磅)。 世界上最古老的松树是加利福尼亚州的一棵毛松树,名叫马士萨拉,树龄超过4800年。
↑ Jones BW(2008)《地球上生命的本质》。 第3章。 收件人:Barrie W.Jones。 继续寻找生命:围绕其他恒星的行星 柏林:Springer,英国奇切斯特协会:Praxis出版社。 为34567625464889467亿英镑。 ↑ 10 10.1 达西·温特沃斯·汤普森。 (1992) 成长与形态:完整修订版 Courier Dover出版物。 国际标准图书编号0486671356 , 国际标准图书编号9780486671352 原始版本,1917年。 ↑ 贝恩斯·W(2004) 许多化学可以用来构建生命系统。 天体生物学 4(2):137-167. 在宇宙中物理条件可能有利于硅基高分子的地方,可能存在硅基生命。
↑ Ball P.(2005) 水与生命:寻求解决方案。 自然 436:1084-5. ↑ Tsytovich越南 等。 (2007) 从等离子晶体和螺旋结构到无机生物。 新J Phy 9:263] ↑ 有趣的是,在这三个人中 域 在生命系统中,构成膜的主要脂质种类不同。 在大多数类型的细胞中,主要的脂质种类由基于 酯类 属于 甘油 与直链结合 脂肪酸 ,但在 太古宙 它所包含的域 醚类 甘油与 异戊二烯 脂肪成分。 膜结构普遍性的缺乏暗示了关于 细胞起源 . ↑ 15 15.1 瓦伦丁JW 等。 (1994) 后生动物的形态复杂性增加。 古生物学 20:131-42 ↑ 沃斯CR 等。 (1990) 朝向生物的自然系统:古生菌、细菌和真核生物领域的提议。 《美国科学院院刊》 87:4576-9 ↑ 巴卢斯卡F 等。 (2004) 真核细胞及其细胞体:细胞理论修正。 安·博特 94:9-32]
摘录: ……那些了解植物细胞生物学最新进展的人……深信细胞理论,就目前而言,与以细胞为基础的高等植物组织完全不相容……需要更新。。。。 事实上,植物发育的有机体理论的形成,其中指出,植物生命的主要单位不是细胞,而是整个多细胞有机体。。。。 引发了细胞理论应用于植物的危机。 植物细胞的细胞质通过胞间连丝相互连接的结果是,细胞的个体性被放弃,取而代之的是有利于整个有机体的整体细胞质。 这种超细胞或有机的多细胞方法似乎使固着植物能够适应陆地上的生活,甚至在恶劣的环境中进化。
↑ 注: 生命系统的其他边界包括树皮、贝壳、细胞壁、皮肤、毛皮和物理环境的结构。 ↑ 人类基因组中有多少基因? 在美国能源部主办的人类基因组项目信息网站上 ↑ (a) UniProtKB/Swiss-Prot人类蛋白质组计划 ; (b) Norregaard Jensen O(2004) 修饰特异性蛋白质组学:通过质谱对翻译后修饰进行表征。 当前操作化学生物 8:33-41] ↑ 21 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 Morowitz H、Smith E(2006) 能量流和生命的组织 圣菲研究所工作文件 “能量流不仅在机械上,而且在概念上作为驱动地球化学秩序的一种不可避免的形式,将生命嵌入了岩石圈。”
↑ 22 22.1 22.2 22.3 Benner SA、Ricardo A、Carrigan MA(2004) 宇宙中的生命有一个共同的化学模型吗? 当前操作化学生物 8:672-89. 项目管理标识15556414 ↑ 热力学第二定律 ↑ 注: 零件的随机模式没有顺序(它具有最大熵),也没有信息。 生活系统有 秩序 处于组织状态; 它具有计算丰富的信息内容和低熵。 ↑ 注: 宇宙在诞生时,即宇宙大爆炸时,就收到了一份能量报告。 这个 数量 能量永远保持不变,在一个过程中,更紧凑和有组织的能量形式,例如恒星的“高质量”能量,分散并退化为“低质量”能量、热量, 或者说热能。当初始账户最终以随机分布的碰撞粒子的形式在整个宇宙中完全分散时(热能,热能是最退化和最不有用的形式),就不可能做功,因为没有能量梯度(向下倾斜) 存在哪种能量可以向下流动以执行任何工作。此时,宇宙将处于 平衡 以初始能量的随机分布为特征。 ↑ 26 26.1 Schneider ED,萨根D(2005) 进入凉爽:能量流、热力学和生命。 芝加哥:芝加哥大学出版社。 国际标准图书编号0-226-73937-6 章节摘录和评论 ↑ 卡诺·S(1825) 关于热量动力和适合发展热量动力的机器的思考 萨迪·卡诺(Sadi Carnot,1796-1832)是热力学的奠基人之一,他认为通过热能做功的能力需要一个 差异 在温度方面,是一个能量梯度。 他写道:
“蒸汽机的动力产生不是由于热量的实际消耗,而是由于热量从温暖的身体输送到寒冷的身体,也就是说,重新建立平衡…。 根据这一原则,仅仅产生热量不足以产生推动力:必须也要有冷; 没有它,热量就没有用。 事实上,如果我们只能找到像熔炉一样热的物体,我们怎么能冷凝蒸汽呢? 一旦生产出来,我们该怎么办? 我们不应该假设我们可能会像某些发动机那样将其排放到大气中; 大气不会接收到它。它在实际情况下会接收到它,只是因为它满足了一个巨大冷凝器的功能,因为它的温度较低; 否则它很快就会充满电,或者说已经饱和了…。 只要存在温差,只要有可能重新建立热量平衡,就有可能产生推动力。
↑ 注: “organize”和“organisation”这两个词在本文中经常出现,因此值得特别注意。 当一个人组织一组实体时,他会将它们按照某种顺序排列,通常是为了实现某种功能。 功能性是组织或实体组织状态的标准。 收件人 组织 因此,意味着为了实现功能而构造部件之间的关系。
对于生命系统,大自然倾向于组织。 她经常以“动态”关系来构建各个部分,以便这些部分在时间上“相互作用”。 这些部分以“协调”和“层次化”的方式协同工作,实现了一种功能,有助于生命系统的自然选择目标,即在生命状态下生存,并制造出与自身类似的新生命系统。” 动态、协调、层次和目标导向功能是生物系统中“组织”的特征。 单词“organize”和“organization”应该调用这些属性。 因此,当涉及到生命系统时,“组织”不仅仅意味着“秩序”——一种特殊的秩序,它不仅实现了生命维持功能,还实现了不可预测的新颖性或紧急行为。 正如我们将看到的,大自然使生命系统得以组织 他们自己 .
↑ Kurakin A.(2011) 自组织分形理论作为一种普遍的发现方法:生命现象。 理论生物学与医学建模 8:4. ↑ 洛特卡AJ。 (1922) 对进化能量学的贡献。 PNAS 8:147-151。 摘录: 在这些情况下,进化朝着这样的方向发展,即使通过系统的总能量通量达到与约束相容的最大值。。。 因此,我们在演绎的基础上,至少得出了作者在之前的出版物中提出的问题的初步答案。 (引用:Lotka,A.J.,Proc.Nat.Acad.Sci.,1921年7月,第172页)。 有人指出,作为竞争斗争中最成功的物种,人类的影响似乎是通过“扩大轮子”和使其“旋转更快”来加速物质在生命周期中的循环。问题是,在这方面, 人类一直在无意识地实现一个自然规律,根据这个规律,系统中的某些物理量趋于最大。 现在看来这是可能的; 我们发现,正如作者早些时候所暗示的那样,所讨论的物理量是功率或单位时间能量的维度。 注: 洛特卡利用自然选择促进能量耗散(单位时间的能量流)。
↑ 普里戈吉尼一世、斯坦格斯一世(1997) 确定性的终结:时间、混乱和新的自然法则。 纽约自由新闻社。 国际标准图书编号0684837056 摘自第一章; 目录 ↑ (a) Swenson R,Turvey MT.(1991年) 感知-行动循环的热力学原因。 Ecol心理 3:317-48. (b) Swenson R.(1997) 热力学、进化和行为。 在 比较心理学百科全书 G.Greenberg和M.Haraway(编辑),纽约:加兰德出版社。 ↑ Schneider ED,Kay JJ(1994) 生命是热力学第二定律的体现。 数学计算机建模 19:25-48] ↑ 注: 如果能量梯度促进了生命系统的起源,因为当能量流经生命系统时,它们通过向周围环境输出比减少内部熵更多的熵来加速整个宇宙的熵产生速率,那么能量梯度也可能促进生命系统的发展 复杂性 在生命系统中,复杂性进一步降低了生命系统的内部熵(作为更大的组织)。 如果有足够的组织,生物系统可以达到一定程度的智能化,使其能够制造出利用能源的人工制品,如电气照明系统、化石燃料运输系统、, 然后,这些人造物将进一步有助于消散促进生命的能量梯度,并进一步加速整个宇宙的熵产生速率。 这样的考虑使得最具推测性的是,自然界对整个宇宙的能量梯度的憎恶可能会在物理化学环境允许的情况下促进生命系统的起源和复杂性的发展,作为最大化整个宇宙熵产生速率的一种手段。 ↑ 爱丁顿AS(1929) 物理世界的本质 纽约:大学出版社,第740页。 全文,需要订阅。 还有这段话和这本书的许多摘录: 谷歌图书 ,第74页。
↑ 36 36.1 Ball P.(2006) 地球上的生命是不可避免的吗? 自然 11月14日在线发布于NatureNews。 莫罗维茨和史密斯对文章的评论。 “生命可能是行星应力释放的终极方式……[莫罗维茨和史密斯]认为生命是地球早期地质作用所积累的可用能量的必然结果。他们说,生命起源于这种环境,就像闪电释放雷云中电荷的积累一样。” 换句话说,弗吉尼亚州费尔法克斯乔治梅森大学的生物学家哈罗德·莫罗维茨和新墨西哥州圣菲研究所的物理学家埃里克·史密斯说,地质环境“迫使生命存在”。
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我们分析了还原性三羧酸(rTCA)循环作为普遍且可能是原始代谢核心的化学计量、能量学和反应浓度依赖性。 rTCA反应序列是一个沿着非平衡还原环境中氧化还原对弛豫路径的网络自催化循环,为合成所有主要类别的生物分子提供起始有机化合物。 其反应的浓度依赖性表明它是一个细胞前体过程。 我们认为,在早期地球条件下,rTCA在竞争性氧化还原松弛路径中受到统计上的青睐,这一特征推动了它的出现,也解释了它的进化稳健性和普遍性。 提高核心反应速度的能力为后续生物复杂性层的选择奠定了有力的基础。
↑ KEGG公司。 京都基因和基因组百科全书 ↑ Lengeler JW、Drews G、Schlegel HG。 (1999) 原核生物生物学。 纽约:Blackwell Science。 ↑ 埃里克·史密斯和哈罗德·莫罗维茨。 中间代谢的普遍性。 程序。 美国国家科学院。 科学。 美国,101:13168–131732004年。 SFI预印本#04-07-024。 ↑ Braakman R、Smith E.(2013) 新陈代谢的组成和进化逻辑 . 物理生物学 10:911001(62页)。| 在线:stacks.iop.org/PhysBio/10/011001。 ↑ 注: ……或某些同种生物系统的后代。 许多生命系统与类似的生命系统共存,构成一个“物种”或“同类”群。 ↑ 达尔文C(1859) 通过自然选择或在生命斗争中保护受欢迎的种族来研究物种的起源。 第1版。 ↑ 49 49.1 49.2 49.3 里德RGB。 (2007) 生物突发事件:自然实验的进化。 (附有目录和样本章节) 布拉德福德图书,剑桥 国际标准图书编号0-262-18257-2 附加章节摘录 ↑ 50 50.1 50.2 Jablonka E,Lamb MJ(2005) 四维进化:生命史中的遗传、表观、行为和符号变异。 剑桥:麻省理工学院出版社 ↑ 51 51.1 51.2 古德温B.(1994) 豹子如何改变斑点:复杂性的演变 普林斯顿大学出版社,普林斯顿。 国际标准图书编号0-691-08809-8 多章摘录 ↑ 注: 一些证据支持这样的观点,即所有现存生物(古生菌、细菌和真核生物)都是从一个共同的祖先进化而来的,尽管这个共同的祖先可能是从细胞的原群落进化而来:“ 共同祖先 真核生物、细菌和古生菌的群落可能包含以下生物:自养生物,通过光合作用或无机化学反应从CO2中产生有机化合物; 异养生物通过其他生物的泄漏获得有机物; 从腐烂生物中吸收营养的腐生菌; 以及足以包裹和消化猎物的吞噬生物。 “[添加斜体]。请参阅- 库尔兰CG 等。 (2006) 基因组学和真核细胞的不可还原性。 科学类 312:1011-4 PMID 16709776
其他证据表明,“地球上现存的生命不是由一种细胞进化而来,而是由三种截然不同的细胞类型进化而来。然而,这三种细胞的设计已经以一种共同的方式发展和成熟,同时许多其他的设计也在沿途灭绝。”- Woese CR(2002) 关于细胞的进化。 《美国科学院院刊》 99:8742-7 PMID 12077305 .
↑ Smolin L(1997) 宇宙的生命。 纽约:牛津大学出版社。 国际标准书号019510837X ↑ Varela FG、Maturana HR、Uribe R.(1974)《自生:生命系统的组织、特征和模型》。 当前Mod生物。 5:187-196 采购经理人指数4407425 “我们断言,繁殖和进化不是活组织的组成特征,一个统一体的属性不能仅仅通过解释其组成部分的属性来解释。相反,我们声称,活组织只能通过指定相互作用的网络来明确地表征 离子的组成部分构成了一个整体的生命系统,即作为一个“整体”。 " “我们还声称,所有生物现象学,包括繁殖和进化,都是这个单一组织建立的次要因素。” 因此,不要问“使生命系统成为可能的组成部分的必要属性是什么?”? 我们问:“一个给定的系统要成为一个活的统一体,什么是必要和充分的组织?”? "" “换句话说,我们不是问是什么使一个生命系统再生,而是问当一个生命体系起源于另一个生命统一体时,组织再生了什么?”
↑ Benner SA公司 等。 (2004) 宇宙中的生命有一个共同的化学模型吗? 当前操作化学生物 8:672-89. 项目管理标识15556414 ↑ 56 56.1 Lehn JM.(2002) 面向复杂物质:超分子化学和自组织。 《美国科学院院刊》 99:4763-4768 PMID 11929970 从文章中可以看出: 超分子化学通过实施分子信息的概念,为理解化学是一门信息科学铺平了道路,其目的是通过自组织逐步控制物质的空间(结构)和时间(动态)特征及其复杂化, 生活的动力。。。 超分子化学是由分子间非共价相互作用生成的实体的化学。。。
↑ 57 57.1 Lehn JM(2002) 走向自组织和复杂物质 科学类 295:2400-3 PMID 11923524 ↑ 骏马JW。, 阿特伍德JL。 (2009) 超分子化学 威利。 国际标准图书编号9780470512333 . | 谷歌图书预览 . | 可下载PDF目录和第1章 . 摘录: 如果我们认为超分子化学在最简单的意义上涉及某种非共价结合或络合事件,我们必须立即定义是什么在进行结合。 在这种情况下,我们通常认为分子(“宿主”)与另一个分子(“客体”)结合以产生“宿主-客体”复合物或超分子。 宿主通常是大分子或聚集体,例如酶或合成环状化合物,具有相当大的中心孔或空穴。 客体可能是单原子阳离子、简单的无机阴离子、离子对或更复杂的分子,如激素、信息素或神经递质。 更正式地说,宿主被定义为具有聚合结合位点的分子实体(例如Lewis基本供体原子、氢键供体等)。 客体具有不同的结合位点(例如球形路易斯酸性金属阳离子或氢键受体卤化物阴离子)。反过来,结合位点被定义为主体或客体能够参与非共价相互作用的区域。
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↑ 哈罗德FM.(2005) 分子变成细胞:指定空间结构。 微生物分子生物学评论 69:544-64 PMID 16339735号 摘要: 活细胞不是分子的集合,而是在空间和时间上有组织的模式。 本文讨论了空间结构起源中的一些概念性问题,包括分子如何在细胞空间中找到合适的位置,超分子有序的起源,基因的作用,细胞形态,细胞的连续性,以及有序的遗传。 这场讨论围绕着一系列生理过程展开,这些生理过程弥合了纳米大小的分子和更大三到六个数量级的细胞之间的差距。 阶梯包括分子自组织、定向生理学、空间标记、梯度、场和物理力。 手头的知识导致了对生物秩序的非传统解释。 我开始认为细胞是由遗传特定元素和遗传结构组成的自组织系统。 可以公平地说,组织自己的最小的自我是整个细胞。 如果结构、形式和功能是从较低层次的数据计算出来的,那么起点将不是基因组,而是一个空间组织的分子系统。 这一结论促使我们重新思考我们对基因的作用、生物体的性质以及生命系统如何在早期地球上出现的理解。
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↑ 发动机罩L(2003) 系统生物学:集成技术、生物学和计算。 老龄化与发展机制 124:9-16] ↑ 100 100.1 Maturana HR,Varela FJ(1973),《造血:生命的起源》。 在:自生与认知:生活的实现。 D.Reidel Publishing Company,多德雷克特:荷兰。 国际标准图书编号:90-277-1015-5 ↑ Hofmeyr JH(2007),“自主制造的生化工厂:活细胞的系统生物学视图”,摘自:Boogerd FC、Bruggeman FJ、Hofmey JH和Westerhoff HV(编辑)。 系统生物学:哲学基础。 阿姆斯特丹爱思唯尔。 ISBN 13:978-0-444-52085-2(见第225页) ↑ 伊曼纽尔·康德。 康德的《判断力批判》,J.H.Bernard译为导言和注释 (第二版修订)(伦敦:麦克米伦出版社,1914年)。 摘录: 对于一个身体来说,作为一个自然目的,它本身和它的内在可能性都要被判断,它的各个部分必须在形式和组合上相互依赖,从而通过它们自身的因果关系产生一个整体; 而反过来,整体的概念可以被视为其原因,根据一个原则(根据对这样一个产品来说足够的概念,一个存在具有因果关系)。 在这种情况下,有效原因之间的联系可以通过最终原因来判断。 在这样一种自然产物中,每个部分不仅通过其他部分存在,而且被认为是为了其他部分和整体而存在,即作为一种(有机)工具。 然而,因此,它可能是一种人为的工具,因此只能作为一种普遍可能的目的来表示; 而且它的各个部分都是相互作用的器官。 人工仪器永远不可能是这样,而只能是为仪器(甚至是艺术仪器)提供所有材料的自然。 只有这样的产品才能被称为自然目的,这是因为它是一个有组织的、自我组织的存在。 [为便于阅读,摘录中添加了项目符号]
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↑ 注: 将内稳态理解为自我构造和自我维持的稳定性,活着的机器可以通过将扰动(例如,外来分子)纳入其组织来实现这一点。 ↑ 海登EC(2010) 十岁的人类基因组:生命是复杂的 . &参见Leonid Kruglyak的名言。 ↑ 安德烈亚·法尔肯(2006) 亚里士多德论因果关系 ↑ 博思韦尔JHF。 (2006) 系统生物学的悠久历史。 (自由全文) . 新植物学家 170:6-10. ↑ 注: 我们可以将亚里士多德的“因果关系”的四个成分解释为“解释”的四种成分,因为正如博思韦尔所写:“亚里士多(公元前384-322年) 想寻找激发奇迹的自然事件的解释。 他的研究使他得出结论,如果我们知道一个复杂的、显然是设计好的系统的四个特性,那么任何可能被问到的关于该系统行为的问题都可能得到回答。 他把这些称为aitiai,这个词在英语中通常被翻译成“原因”,但最好翻译成“解释”。 ↑ Bhalla US,Iyengar R(1999)《生物信号通路网络的涌现特性》。 科学类 283:381-7 PMID 9888852 链接-1 链接-2 ↑ Luisi PL.(2002)《化学的涌现:化学是涌现的体现》。 化学基础 4:183-200. ↑ Jablonka E,Lamb MJ(2005) 四维进化:生命史中的遗传、表观、行为和符号变异。 剑桥:麻省理工学院出版社。 ↑ Gorelick R(2004) 新拉马克医学。 医学假设期刊 62:299-303 PMID 14962644号 . 摘要: 达尔文医学是基于进化论的疾病治疗。 达尔文医学的基本假设是,性状由基因编码,而基因通常被认为是DNA核苷酸序列。 这种观点的数量遗传分支是,包括疾病易感性在内的性状要么是由基因引起的,要么是由环境引起的,基因型与环境的相互作用通常被视为统计人工制品。 我还强调研究那些可被环境扰动改变,然后传递给后代的表观遗传信号。 虽然很少研究,但环境可改变的减数分裂遗传的表观遗传信号存在,并提供了基因型-环境相互作用的机制。 父母的环境可以通过遗传改变表观遗传信号来影响后代。 新拉马克医学是这些进化的表观遗传学概念在疾病中的应用,可能对公共卫生和环境政策产生巨大影响。 如果工业污染物通过减数遗传改变生物的表观遗传信号而对生物产生不利影响,那么清除这些污染物并不能解决问题。 一旦污染物对个体的表观遗传信号产生不利影响,这种危害将传播给后代,即使他们没有接触到污染物。 暴露于自由基或其他致癌物等环境冲击可以改变调控基因上的胞嘧啶甲基化模式。 这可能通过上调细胞分裂基因或下调肿瘤抑制基因而导致癌症。 环境可改变的减数分裂遗传的表观遗传信号也可能是其他疾病的基础,如糖尿病、Prader-Willi综合征和许多复杂疾病。 如果环境改变的减数分裂遗传的表观遗传效应广泛存在(这是一个重要的开放性实证问题),那么它们有可能改变进化医学的范式观点以及假定的天性与后天的二分法。 因此,新拉马克医学将把重点从治疗转向预防疾病。
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