巴斯德科学思想方法论析

? ?第20 2003 ，第5期 10月 科学 技 术 与辩证 法 Science, Technology and Dialectics Vol. Oct. 20 No. 5 ,2003 巴斯德科学思想方法讼析 刘国建 (广东工业大学社科部，广东广州510090) 摘 要:巴斯德是现代微生物学的莫基人，他是19世纪末法国酿酒业、丝绸业、畜收业等的拯救者，还是正确 运用科学方法的大师。他提出的“宇宙是不对称性函数”的思想、有机物浸液发生腐败的因果联系的思想、社会应 用中的基础理论研究的思想等，都具重要方法论意义，值得我们进一步挖掘。 关键词:不对称性;基础理论研究;巴斯德象限;思想方法 中图分类号:003;R565.4 文献标识码:A 文章编号:1003一5680(2003)05一0023一04 法国著名的化学家、微生物学家巴斯德(Louis Pasteur, 1822-1895)是现代微生物学的奠基人。他通过一系列科学 实验有力地批驳了“自然发生论”，告诉人们:肉汤或有机物 浸液之所以发生腐败，是因为空气尘埃中的微生物和细菌所 至;他通过严格的科学实验，并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 其过程，纠正了老一辈化 学家:“发酵是一个纯粹的化学过程，微生物只是发酵的产 物，而不是发酵原因”的不正确的观念，提出了“所有的发酵 都是由微生物引起的;每一种生命酵素只对某一特定的发酵 过程起作用”的思想。〔’〕他虽然不是第一个提出流行性疾病 是由“微生物”引起并进行传递的学者，但他却以杰出的工作 证明了这个理论的科学基础，从而在对疾病的预防和治疗等 方面引起了医学的革命。他创造性地把理论与实际结合起 来，“引进了贮藏食物的新方法，帮助了法国的农业，挽救了 法国的酿酒、啤酒、造醋和丝绸工业”。[2〕细菌虽然不是巴斯 德第一个发现的，但他考究细菌的科学思想方法至今还影响 着一代又一代人，值得人们去发掘和探讨。 一 宇宙是不对称性的函数 在巴斯德还是学生的时代，化学这门学科正处于朝气蓬 勃的发展阶段，在许多方向上都有非凡的进展，如原子分子 学说的提出，许多分子的化学性质获得新的认识。巴斯德从 老一辈化学家所揭示的现象中发现了不对称性。当时的化 学家米切利希(E " Mitscherlich,1794-1863)通过实验发现， 酒石酸有大晶体与小晶体两种，化学性质相同，但后者对偏 振光不起作用。巴斯德抓住了“化学物质怎么能既相同又不 相同”的不对称性问题，精心 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 出新实验方法，进行深人观 察研究。他发现尽管酒石酸晶体有许多种，但“这些晶体能 用机械的方法分作两类— 左旋和右旋的晶体，它们具有数 值相同，但方向相反的偏振特性。++[3l正是这一突出成就，巴 斯德获得了资深老一辈化学家比奥(J " B " Biot,1774-1862 ) 父亲般的热爱。这也使年轻的巴斯德深深意识到实验方法 对于正确认识事物特性的重要性。正是正确的科学方法引 导了他，使他在后来的科学生涯中，通过精心设计的巧妙的 实验方法，解决了在他人看来一时无法解决的一个个问题。 也使他透过实验过程，升华了科学思想。 巴斯德告诫人们，在实验观察领域，“机遇只偏爱那些已 有所准备的头脑。”他自己也是这样做的。天气温暖时，酒石 酸盐溶液中常常有霉菌生长出来，这种现象很普遍，大部分 研究者都厌恶地把这霉坏了的制剂倒掉。但巴斯德没有这 样做，他在思考这种霉菌对不同形式的酒石酸是否具有同样 的影响。通过精心准备的对照实验，终于发现这种霉菌只对 D型酒石酸产生影响。那么，如何将不受这种霉菌影响的酒 石酸与易受这种霉菌影响的酒石酸区分开来呢?他意识到 必须发明一种行之有效的方法才能解决这个问题。于是，他 查阅了大量有关文献，力求从理论上弄清楚其作用机理，并 在实验中发明了“用生物试剂来分离立体异构体的简单而巧 妙的方法”，[4l并获得了成功。巴斯德发明的生物试剂方法 对后来的生物实验有着深刻的影响。巴斯德这一工作的意 义不仅仅是在人们面前展示了立体异构体这一物质结构图 景，更重要的是发明了一种影响深远的方法。19世纪是“英 [收稿日期12003一01一02 【作者简介】刘国建(1955-)，男，安徽安庆市人，广东工业大学社科部副教授，主要研究方向为哲学、科学方法论。 23 雄”辈出的时代，而这个时代的最亮点是各种新方法像雨后 春笋般涌现出来 怀特海说得好(八·N " whitehead, 1861- 1947):"19世纪最大的发明就是找到了发明的方法，一种新 方法进入人类生活中来。如果要理解我们这个时代，有许多 变化的细节，如铁路、电报、无线电、纺织机、综合染料等等， 都可以不必谈，我们的注意力必须集中在方法的本身。这才 是震撼古老文明基础的真正新鲜事物。1'[51 微生物对同分异物体有选择作用这一发现，使巴斯德意 识到，分子的不对称性是区别生命过程与化学过程的一项标 准，即有机体内必定存在着确定的化学结构，并且是不对称 性的。揭示分子的不对称性与生命体之间的联系，是巴斯德 科学生涯的重要里程碑，由于他在这方面的开创性工作，“这 就使他得以居于现代生物化学以及较晚的细菌学始祖之 列。”〔“J巴斯德在大量的实验中，获得了对分子不对称性的感 性认识，并且在思维中不断升华，上升到理性认识:“整个宇 宙就是一个不对称的统一体，我倾向于认为:正如我们所看 到的那样，生命一方面是宇宙不对称性的函数，同时又是不 对称性所产生的后果的函数。宇宙是不对称的⋯⋯生命受 不对称作用的支配。我甚至能够预见，所有的生物在其结构 和外部形态上，从根本上来说，都是宇宙不对称性的函 数。,.i7)巴斯德所处的时代，从天地、阴阳、男女、白天黑夜等 的对称性，到无机化学的可逆反应(或对称性反应)，人们感 受到的都是对称性，享受到的实惠都是对称性赋予的。人们 有足够理由相信世界是对称的，宇宙是对称性的函数。而巴 斯德超凡脱俗，从自己的科学研究实践中，从无机领域转向 有机领域的研究中，洞察出生命现象是不对称性产生的结 果，进而惊呼“宇宙是不对称性的函数”。这一科学思想给后 来者以深刻的影响。比如居里(1859-1906)多次指出“非对 称创造了世界”。现代科学成果，特别是系统科学揭示出整 个自然界，包括无生命自然界和生命自然界其演化发展过程 是对称性不断丧失、不断破缺的过程，即不对称性逐渐形成 的过程。越是复杂的高级的系统，不对称的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征就越明显。 二 论战中的科学方法 巴斯德在化学上取得的杰出成就，得益于他能正确运用 科学方法，在以后的科学研究工作中，在把研究方向从化学 转向微生物研究领域中，他都始终坚持在复杂问题面前通过 科学方法来说明问题。特别是在与“生命自然发生说”的论 战中，他天才地运用科学方法这个最有力的武器，雄辩地证 明了:空气尘埃中的微生物和细菌是有机物浸液发生腐败的 原因。关于肉汤或有机物浸液为什么会发生腐败，“从人类 文明的最早期直到17世纪，自然发生在人们的心目中几乎 是普遍存在而又毫无疑问的信念，正如‘大地为万物之母’这 个俗语所表示的那样。”〔“」亚里士多德还从理论上说明了“各 种生物由似乎是无生命的基质产生出来的”，这给生命的自 然发生理论戴土了光环，使人们不容置疑。18世纪以来，人 们虽然开始怀疑自然发生理论，也有人试图通过一些实验来 证明生命不能自然发生，但都不能从根本上动摇自然发生的 思想。普歇(F·八·Pouchet,1800-1872)是有名的植物学家 24 和动物学家，也是自然发生说最强有力的捍卫者，他的《自然 发生论》长达700页之巨，其实验和理论都是竭力为自然发 生说提供证据，捍卫自然发生说不被他人动摇。 巴斯德作为19世纪反对自然发生说的主要斗士，他通 过一系列巧妙而严密的科学方法，迫使参与论战的对手不得 不接受这样观点:空气中微生物的存在才是肉汤或有机物浸 液发生腐败的关键所在。 巴斯德首先用来论战的科学方法是共变法。共变法一 般可表示为: 如果在AIBC一出现时al出现; 当A1变为A2，即A2B(一出现时，al相应变为a2; 在情况变为A3BC时，又相应地有a3...... _ 因此，A与a有因果联系。 巴斯德坚信空气尘埃中的微生物是有机物腐败的原因。 如果这种想法成立，把有机物浸液置于极为清洁的空气中就 不会腐败。在哪儿可以找到这样的空气呢?只有到高山上去 找。巴斯德和他的学生精心准备和设计了共变法。首先把所 有在共变法中出现的盛有有机物浸液的玻璃瓶都同样灭菌; 然后他和学生们一起旅行到山脚农村小道时，打开20瓶装人 此处空气，之后发现其中的8瓶中有微生物出现;他们再登高 到八百多米的山上打开20瓶，之后发现产生变化的只有5 瓶;再继续登高到山上的冰河处打开20瓶，之后发现只有 1 瓶产生了变化。这就证明了空气中的尘埃是有机物浸液腐败 的原因。[91参与论战的另一方，卢昂博物院院长普歇认为啤酒 液、肉汤之类有机物溶液自身就能产生生命，即使放在最干净 的空气中也是如此。于是他和他的学生们不顾寒冷和疲劳， 登上海拔三千米的高山，在冰河裂隙处把盛有事先灭了菌的 干草汁瓶打开，装人高山空气再封好。而不是像巴斯德那样 在山上的不同高度取样。结果发现一些瓶中的液体起了变 化，普歇就认为这证实了天然生殖的观点。 巴斯德的方法与普歇的做法相比当然是前者更能说明 问题。因为越往山高处，空气就越清洁，这样越往山高处有 机物浸液腐败的瓶数就越少。即使是冰河裂隙处的空气，虽 然比山脚下的空气清洁，但并不是最干净的，也能使肉汤之 类腐败。巴斯德的方法最大限度地暴露了空气中的尘埃与 有机物溶液之间的因果关系。 巴斯德紧接着用来论战的科学方法是差异法，该方法的 一般表达式为: 如果在ABCD出现时，abcd出现; 在BCD出现时，只有bcd出现; 那么，A与a之间有因果联系。 巴斯德的曲颈瓶实验就是对差异法巧妙的运用。他第 一步是把有机物浸液装入长颈瓶煮至沸腾(杀死液体内和瓶 壁上的细菌)，置冷，让空气中的尘埃、臭氧、电磁及其他未知 物质窜人瓶内，两三天后有机物浸液内会出现微生物并腐 败;第二步一般处置方法与第一步相同，只把瓶颈抽成弯曲 的尖头，空气、臭氧、电磁及其他未知物质仍能窜人瓶内，只 是尘埃不易到达浸液，带菌的灰尘颗粒在长颈弯曲处被拦住 了，因此有机物浸液仍保持原样，未受微生物的侵染。由此 可见，有机物浸液腐败的原因是空气中浮荡的尘埃上的生命 原种所至。巴斯德的“曲颈瓶实验”以其最简单的正确的科 学方法令人信服地批驳了自然发生论。 巴斯德在论战中设计了各种各样巧妙的方法证明了即 使是最易分解的液体，比如牛奶、血液、尿液等在经过恰当的 处理后，也能长时间保持无菌状态而不变质。为了彻底战胜 对手，巴斯德还证明了微生物能在简单的、有固定成分的培 养基上生长，而某些微生物只能在缺氧条件下生长。由于这 方面的突出成就，1862年巴斯德获得了法国科学院的奖金。 但普歇认为巴斯德还不能说是最后胜利者，提出向他的结论 挑战。1864年6月22日，由科学院指定的一个委员会被安 排在皇家植物园自然博物馆切维尔(cheverul)实验室里，为 巴斯德和普歇的论战作最后胜负的决定。巴斯德按委员会 的要求，准备了60种浸出液，以及多种实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。但普歇拒 绝进行相似的实验，并退出了论战。至此，巴斯德由于对方 的缺席宣布获胜[101。但是巴斯德并没有因为普歇退出论战 就此罢休，而是继续高举论战的大旗与自然发生说最后的主 要维护者巴斯蒂恩(H . C . 13astian ,1837-1915)进行论战。巴 斯蒂恩在他的一千页的《生命的起源》大部头著作中，论证了 生命可以从最简单的溶液中从无到有产生出来。巴斯德及 其后继者由此而通过更加严密的实验，不断用新方法新的实 验事实驳斥他的论调。并在大量新的实验中发现了某些微 生物具有巨大的耐热性。从而揭露了巴斯蒂恩所说的:即使 是经过高温处理过的有机物溶液，在与空气隔绝的条件下， 也会生长出微生物的错误性。巴斯德指出，我的实验证明了 巴斯蒂恩所说的情形，是由于耐热性原生微生物在适当的温 度下而复活所至。1877年，巴斯德写信给巴斯蒂恩说:“您是 否知道我为什么如此迫切地希望同您论战，并要战胜您?这 是因为您在这一种医学学说方面是主要的真正的能手之一， 而我坚信这个学说对于医学的进步来说是致命的，因为这个 学说竟然认为一切疾病是自发产生的。这是一个错误，我再 重复一遍，这是严重危害医学事业进步的错误。从预防和治 疗的观点来看，内科医生和外科医生的命运，取决于他们接 受哪一个原理— 要前一个还是要后一个。”日’〕巴斯德在这 里态度鲜明，一针见血，切中要害，他认为疾病是自然发生， 还是不能白发产生，这不仅是纯理论问题，更是一个人命关 天的大问题。不与巴斯蒂恩的观点进行论战，将会阻碍人类 医学的进步。这不仅表达了一个科学家对客观事实真象的 追求，更表达了科学家强烈的社会责任感。 三 社会应用中的基础研究 巴斯德对酒石酸晶体的关注为研究发酵问题打下了坚 实的理论基础，并从中锻炼了科学思维方法。如果说对酒石 酸晶体研究是从已有理论不完善、矛盾性出发而关注基础研 究的话;那么发酵理论研究则源于社会的需要，源于对现实 生活的关注。法国里丽周围地区的主要工业是酿酒业。发 酵是酿酒过程的关键环节，虽然酿酒师凭经验判断发酵是否 成功是重要的，但酿酒师不清楚发酵失败的问题出在什么地 方，这需要有人把它搞清楚。巴斯德敏锐地感到发酵过程必 须从理论上搞清楚，给长期以来凭经验解释有关发酵的混乱 的观点予以澄清，他到用甜菜根制取酒精的工厂调查研究， 并在自己的实验室里用显微镜研究发酵液样品，经过严格的 实验观察发现:发酵过程正常时，酵母是圆的;当酵母形状变 长了，发酵过程就不正常。从而揭示了酵母的形状变化与发 酵过程是否正常的密切关系。怎样从理论上解释这一现象 呢?“他做出了这样的假设:发酵就是一种由‘生命酵素’实 现的过程。}}[12〕也就是所有的发酵都是由微生物引起的。 “对霉菌的实验使他深信，发酵过程本身必然由于活的有机 体所致，而不是由于任何惰性的化学反应。+>[13」正是这一理 论信念，他能坦然面对各种挑战。比如针对当时有人公开提 出发酵过程并不一定需要活的酵素就能正常进行这一挑战， 巴斯德决定进行一次实验，来反驳这一观点。"8月份，当酵 母菌还没有同葡萄接触时，巴斯德就请人建造了一些温室， 把他的这个葡萄园全都封闭起来，待到10月收获时，这些葡 萄如果不加酵母菌就不发酵。?[14〕从经济学的观点看，这一 实验如果失败了，经济损失就很大。是什么使他坚信会成功 呢?是理论。因为他从理论上已经搞清楚了发酵的机理，所 以从一开始，成功就把握在他的手中。 19世纪中叶的法兰西有许多新兴的工业，其中丝绸工 业比较发达，但一种神秘的蚕病，使得丝有断绝之虞。由于 巴斯德的声望，被政府派往处理此事。这对于从来没有看到 过一条蚕，也不知道蚕会变成美丽的蛾的巴斯德来说是一个 挑战。他精力充沛地开展有关蚕的知识的学习，进而寻找蚕 发病的原因。经过详细的考察和研究，找到了这种病是由于 寄居在蚕体内的一种微生物所至。但问题并不这么简单，巴 斯德还发现寄居在蚕体内的还有另外两种病原微生物，它们 在一定条件下也可以致病。巴斯德不仅从理论上清理出潜 在于蚕体内的微生物与蚕发病的作用机理，还给出如何利用 显微镜检查染有病菌的蚕卵，这给人们使用纯净的蚕卵提供 了切实可行的方法，从而拯救了法兰西的丝绸工业。 巴斯德从揭示蚕致病的机理中意识到，较大的动物和人 类致病恐怕有类似的原因。当时法国农场发生炭疽疫情，羊 牛的死亡率达到10-15%，以致于有的农场被称之为“炭疽农 场”，后来有不少人也因染上此病而死亡。这需要有人出来阻 止这种情况的漫延。社会的需要，召唤着巴斯德及其助手们 夜以继日地投人这场疫情斗争中。当巴斯德到所发生疫情的 农场察看正在生病的以及死亡了的牛羊后，他把瘟疫确定为 细菌传染病，把“疫情潜伏期”转译成“杆菌的抱子”，从而把微 生物学与疫情联系起来。在理论的高度上洞察出疫情发生的 根本原因。也只有从理论上才能把握疫情的本质，只凭经验 是办不到的。这是巴斯德以现实实践问题为起点，展开基础 理论研究的理性思考的根据。巴斯德在几十年的科学生涯中 建立起了微生物发生学的理念，使他在观察疫情中，很快把瘟 疫转译成细菌传染病。正如爱因斯坦所总结的:“是理论决定 我们能够观察的东西⋯⋯只有理论，即只有关于自然规律的 知识，才能使我们从感觉印象中推论出基本现象来。?[151 正是理论告诉他“母鸡不会生炭疽病”。针对一些人的异 议，巴斯德在医学院演示:分别给两只母鸡注射炭疽病毒性物 25 质，让其中的一只洗冷水浴，另一只不洗冷水浴，结果洗冷水 浴的这一只就患了病，没有洗冷水浴的就没有患病。为进一 步说明问题，巴斯德在给一只母鸡接种炭疽病毒后，放在冷水 中直至患病。然后拿出来干燥，升温，结果这只母鸡完全得以 恢复。巴斯德告诉人们:“母鸡不患炭疽病是因为母鸡的体温 要比患这种病的动物高出好几倍。”〔’“〕研究基础理论的最终 目的，是要指导人们更好的实践。巴斯德在其科学生涯中，不 仅天才地、正确地把感性认识发展为理性认识，而且还以非凡 的才能让理性认识回到实践中，指导实践，并更好地解决社会 生活中的实际问题。巴斯德经过上百次的实验，培养出炭疽 杆菌疫苗，并在实验室范围内获得成功。当他的助手向外界 公布这一消息后，那些怀疑者— 自然发生论者、兽医、内科 医生、甚至记者，要求到农场去进行现场实地实验。巴斯德的 一些朋友和助手对此感到不安，但巴斯德向他们保证说:“在 实验室中14只羊身上所成功的试验，也必然会很好地在默伦 (Mclun)的50只羊身上成功。?[17]默伦农业学会为巴斯德在农 场的实验提供了60只羊、10头母牛。巴斯德沉着地照着所有 那些庸人们的要求交替地给接种过的和没有接种过的两组注 射毒性培养物。之后人们看到没有接种的那一组羊、牛一只 接着一只在死亡，而接过种的这一组全都健在。巴斯德在默 伦农场实验的这一巨大成功，彻底改变了怀疑者的立场，使他 们站到了巴斯德的一边。同时也挽救了法国乃至其他国家成 千上万的牛羊，拯救了畜牧业。 巴斯德对炭疽杆菌的基础理论研究所获得的科学思想， 为迅速揭示狂犬病的作用机理奠定了坚实的理论基础。“巴 斯德把死于这种疾病的兔子的脊髓悬挂在干燥而消毒过的 空气中，终于制成了狂犬病疫苗。"["']1885年7月6日，巴斯 德在9岁的梅斯特身上首次为人类进行了接种狂犬病疫苗 的试验。此时梅斯特已被患狂犬病的狗咬后60小时，但在 巴斯德精心治疗下终于复元，最终成了巴斯德研究院的看门 人。巴斯德征服狂犬病的成功，轰动了整个欧洲，“人们纷纷 把病人送往巴斯德处— 这个世界上唯一能把他们从狂犬 病中挽救出来的人。?[19〕成千上万的人在这里得到了最好的 治疗。不仅如此，巴斯德依据其基础理论研究的坚实功底， 针对当时医院医疗过程的混乱状况，提出了巴斯德消毒法， 依此消毒，可预防病人、产妇在医院里可能遇到的细菌感染， 并获得了专利权。但为了人类的健康事业，他毅然放弃该项 专利，体现了巴斯德高尚的品格。巴斯德的成功再次证明理 论回到实践的重要性，接受实践检验，指导实践，使实践获得 了自主性、能动性。 综上所述，巴斯德的科学思想方法在科学方法论上的贡 献是不可低估的，值得人们去发掘。我们可以从巴斯德的科 学活动中得到许多有益的启示。首先，为我们提供了新型的 科学认识空间:由解决应用问题而产生的基础理论研究。这 被美国学者称之为“巴斯德象限”。美国普林斯顿大学伍德 罗·威尔逊公共与国际事务学院的斯托克斯(D - E - stokes)教 授于1997年出版的《巴斯德象限— 基础科学与技术创新》 学术著作，把由解决应用问题而产生的基础研究，形象地概 括为“巴斯德象限”。[200 透过科学史实，由于好奇心驱动而引 发的是纯基础研究，这被称之为第一象限— 玻尔象限;而 为实践目的而进行的应用研究，被称之为第二象限— 爱迪 生象限;因解决应用问题而产生的基础理论研究，人们发现 了第三象限— 巴斯德象限。如前所述，巴斯德在生物学上 的许多前沿性基础理论研究的动力是为了解决治病救人的 实际难题。这实际上为我们如何把基础理论研究与社会需 要结合起来提供了成功的案例。同时启示我们，对由应用背 景而引发的基础理论研究，要从政策上、项目组织上和社会 评价上予以重视，以便建立起科学与社会之间新的关联。其 次，为我们展示了如何把实验室放大成准实验室，把理论事 实转译成科学事实。巴斯德无论是在与“自然发生说”的论 战中，还是在研究葡萄的发酵过程中，以及研制出狂犬病疫 苗的应用，都是把实验室与公众、实验室与葡萄园、实验室与 农场联系起来，把在实验室中的研究成果放大到公众、葡萄 园、农场等这些准实验室中检验、考证，从而把科学活动由实 验室推向社会。在这个过程中，巴斯德尽最大努力把理论事 实转译成科学事实，他告诉人们的不是理论事实，而是科学 事实。巴斯德通过自己辛勤的科学劳动，使酿酒业、畜牧业、 丝绸业结出科学硕果，让兽医、内科医生、农场主、狂犬病人 乃普通公众都吮吸着科学的乳汁。再次，巴斯德的工作为我 们展示了科学方法的无穷魅力。他正确地运用科学方法，揭 示了空气中尘埃所携带的细菌抱子造成了肉汤之类的有机 物浸液腐败的科学事实;他巧妙运用科学方法让科学事实暴 露在挑战者、怀疑者面前，从而赢得了一个又一个“论战”的 胜利;科学方法的力量拯救了成群牛羊，以及千万人的生命。 巴斯德的全部工作证明了:“认识一位天才的研究方法，对于 科学的进步，并不比发现本身更少用处”[211。巴斯德的科学 思想及其研究方法是值得我们借鉴和学习的。 【参 考 文 献】 [1」[2][3][4][8][10][12][14][16][17][18][19」洛伊斯·N ·玛格纳.生命科学史【M].武汉:华中工学院出版社， 1983.322,319,320,320,323,333,320,333,344,346,348, 349. 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