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Biología del desarrollo

La biología del desarrollo estudia la ontogenia, los procesos mediante los cuales los organismos crecen y se desarrollan. La biología del desarrollo actual estudia los controles genéticos del crecimiento celular, la diferenciación celular y la morfogénesis (el proceso que origina los tejidos, órganos y la anatomía).

Perspectivas de un feto en el útero Leonardo da Vinci (1510-1512).

Laubichler & Wagner distinguen cuatro preguntas fundamentales a las que hace frente la biología del desarrollo:[1]

  1. ¿A través de qué caminos una célula aparentemente homogénea se desarrolla en un organismo diferenciado?
  2. ¿Cuáles son los mecanismos que guían este "despliegue" en tres dimensiones?
  3. ¿Cuáles son los objetos biológicamente relevantes causalmente implicados en los procesos de desarrollo?
  4. ¿Cuál es la relación entre la información genética y la complejidad fenotípica que resulta de los procesos de desarrollo?

Historia

Conocimiento antiguo y medieval

En sus inicios la biología del desarrollo está ligada a las explicaciones filosóficas de la época respecto a la naturaleza de la materia. En este sentido se encuentra Hipócrates, quien explica el desarrollo en términos de calor, humedad y solidificación.

Aproximadamente un siglo después Aristóteles plantea los primeros interrogantes al desarrollo embriológico. Sus soluciones como en muchos de los campos trabajados por este pensador perdurarían hasta muy tarde en el pensamiento humano, cuando en el siglo XVII sean revaluadas. Aristóteles reconocido como el primer embriólogo plantea el problema de la formación del embrión. Para ello responde con dos hipótesis. La primera de ellas llamada comúnmente preformacionismo, sostiene que las estructuras del embrión están preformadas desde el principio y luego estas simplemente aumentan de tamaño. La segunda hipótesis propone que las estructuras crecen progresivamente con el tiempo, a esta se le denomina epigénesis (epi= sobre, génesis=inicio) la cual Aristóteles favoreció correctamente. Estas conjeturas fueron generadas luego de observar huevos de pollo incubados, de los cuales también comprendió primariamente las funciones de la placenta y el cordón umbilical.

Aristóteles realizó observaciones sobre los diferentes modos de nacimiento en animales vivos (viviparidad), a partir de huevos (oviparidad) o mediante huevos que se rompen en el interior de la madre (ovoviviparidad). Además identificó los dos patrones principales de la división celular, la segmentación holoblástica y la segmentación meroblástica.

Durante el periodo medieval no se reconoce hasta el momento ningún avance en este campo de la ciencia.

Barroco

A mediados del siglo XVII, en 1651 William Harvey concluyó que los animales se originan de huevos (célula huevo). La afirmación Ex ovo omnia[2]​ (“Todos a partir de huevo”) eliminó la generación espontánea de la vida en los animales. También lanzó una hipótesis sobre la función del líquido amniótico como “amortiguador de impactos”. Este médico inglés fue el primero en observar el blastodermo del embrión de pollo e indicar que en este, antes de que el corazón se forme, se constituyen “islotes” de células sanguíneas.

Luego de la invención del microscopio, la embriología pudo obtener observaciones con mayor resolución y detalle. En 1672 el embriólogo italiano Marcello Malpighi publicó un primer trabajo sobre el desarrollo del pollo visto con microscopio. En el desarrollo de este trabajo se observó por primera vez el surco neural, los somitas y la primera circulación de venas y arterias hacia y desde el saco vitelino. A pesar de las observaciones, Malpighi apoyó la hipótesis de la preformación.

Modernidad

La preformación tuvo un amplio apoyo entre la ciencia, religión y filosofía del siglo XVIII. Pues en este periodo se creía que todo el individuo estaba preestablecido desde la línea germinal (homúnculo) y por lo tanto no era necesaria una fuerza externa para el desarrollo del individuo. Esta teoría de corte conservador reforzaba la idea en la cual no había cambios entre las generaciones de individuos. Posteriormente Caspar Friedrich Wolff demostró que las regiones embrionarias del pollo se desarrollan a partir de tejidos que no poseen equivalente en un organismo adulto. Sin embargo, para poder explicar la obtención de nuevos individuos cada generación fue necesario postular la existencia de una fuerza natural desconocida hasta el momento nombrada vis essentialis “fuerza esencial”, la cual organizaría el desarrollo de los embriones.

Christian Pander estudió el embrión de pollo y en él descubrió las capas germinales; ectodermo, mesodermo y endodermo. Además registró observaciones que reforzaban la hipótesis epigenética, pues encontró que las capas germinales no formaban sus órganos independientemente. Esto significaba que aun cuando las capas fueran tejidos diferentes, las tres interactuaban colectivamente mediante inducción. Martin Heinrich Rathke, coterráneo y contemporáneo de Pander, observó el desarrollo de peces, anfibios, reptiles y mamíferos, enfatizando en la semejanza en el desarrollo de estos grupos de vertebrados. En este trabajo describió los arcos faríngeos, la formación del cráneo, el origen del sistema reproductor, excretor y respiratorio. También estudió el desarrollo de invertebrados en especial el del cangrejo.

La disputa sobre las hipótesis epigenéticas y preformistas, fueron finalmente zanjadas con la teoría celular planteada por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann. El impacto sobre la ciencia biológica fue enorme. En el caso del desarrollo, ésta indica que si todos los organismos están originados de una célula, la cual debe multiplicarse para generar otros tipos de células y con ellas el individuo completo. De este modo el desarrollo de un individuo debe ser epigenético.

Otro argumento en contra del preformismo es propuesto por el biólogo alemán August Weismann, el cual indica que el embrión o nuevo individuo no hereda sus caracteres de todo el cuerpo de sus padres, sino solamente de las células germinales. Implícitamente Weisman hizo la distinción entre las células somáticas y las células germinales. Esta distinción y definición implica adicionalmente que las características adquiridas por las células somáticas durante la vida del individuo no son transmitidas a las células germinales, también llamada línea germinal.

A finales del siglo XIX en múltiples experimentos de fertilización con el erizo de mar, se observó que el huevo contenía contribuciones de ambos padres fusionados en el núcleo, al cual se le atribuyó la responsabilidad de la herencia. Siguiendo esta línea de investigaciones se demostró que los cromosomas situados en el núcleo de un huevo fertilizado (zigoto) derivan equitativamente de los núcleos parentales de los padres. Consecuentemente se estableció que los cromosomas son la unidad física de transmisión de los caracteres genéticos entre generaciones de acuerdo con las leyes postuladas por Gregor Mendel.

Karl Ernst von Baer continuó con los estudios de Pander sobre el embrión de pollo y descubrió la notocorda, el gameto femenino. Como conclusiones de este trabajo von Baer definió cuatro generalidades en el desarrollo, conocidas comúnmente como: Los cuatro principios de von Baer.

Contemporaneidad

Hans Spemann y Hilde Mangold descubren en 1924 la inducción embriónica mediante el trasplante del labio superior de la gástrula de salamandra al lado opuesto del ectodermo. Este tratamiento indujo la formación de un individuo con dos cabezas. El labio dorsal trasplantado lleva actualmente el nombre del organizador de Spemann. Por este trabajo Spemann es galardonado en 1935 con el premio Nobel pues Hilde Mangold muere trágicamente en un incendio antes de la publicación del trabajo.

En 1978 se presenta el nacimiento del primer humano in vitro.

En 1986 se descubre la muerte celular programada autónoma conocida también como apoptosis, la cual es necesaria para un desarrollo óptimo del individuo. Este descubrimiento se realizó sobre Caenorhabditis elegans el cual inicialmente posee 1090 células, pero finalmente conserva 959 para el resto de su vida, lo cual indica que 131 células desaparecen durante el desarrollo. Las observaciones mostraron que siempre se eliminaban las mismas 131 células. Igualmente descubrieron que este fenómeno y mecanismo molecular es conservado entre nematodos y mamíferos desde un origen evolutivamente antiguo. Por este trabajo H.Robert Horvitz y Ellis fueron premiados con el premio Nobel.

Conceptos

Mecanismos del desarrollo

Mecanismos básicos

  • Mitosis asimétrica.
  • Dinámica temporal interna acoplada a mitosis.
  • Inducción jerárquica.
  • Mitosis dirigida.
  • Crecimiento diferencial.
  • Apoptosis.
  • Migración.
  • Adhesión.
  • Contracción.
  • Tumefacción, pérdida o deposición de la matriz celular.[3]

Mecanismos moleculares

Los tipos de moléculas involucradas en el desarrollo embrionario fueron identificados durante la segunda mitad del siglo XX. Los factores de transcripción son reguladores clave para la expresión de los genes, y es el control de transcripción que permite que cada tipo celular (epitelial, neuronal, muscular, etc.) exprese sus proteínas específicas en determinadas cantidades. Los factores de transcripción son regulados por cascadas de transducción de señales que reciben señales exteriores a la célula, y se las "comunican" al núcleo celular. Estas cascadas de señales casi siempre involucran receptores de membrana, a los que se unen los ligandos, y enzimas. Un tipo de genes muy importante, los cuales son regulados por distintos factores de transcripción en distintas células, son los genes que codifican para proteínas de adhesión, las cuales son muy importantes en la morfogénesis.

Modelos embrionarios

Estos organismos son muy usados como modelos por los biólogos del desarrollo:

Subdisciplinas y disciplinas relacionadas

Embriología

La embriología es parte de la biología del desarrollo, estudia a los organismos desde su estado de una célula (generalmente el cigoto) hasta el final de la etapa embrionaria, lo que implica el inicio de la vida libre del organismo. La embriología fue originalmente una ciencia más descriptiva hasta el siglo XX. Hoy en día ambas ciencias estudian los pasos necesarios para la formación del cuerpo de un organismo vivo.

Biología evolutiva del desarrollo

La biología evolutiva del desarrollo se desarrolló ampliamente en la década de 1990. Es una síntesis entre los descubrimientos de la biología molecular del desarrollo y la biología evolutiva, la cual considera toda la diversidad de los organismos desde un contexto evolucionista.

Medicina

Los descubrimientos de la biología del desarrollo ayudan a entender defectos en el desarrollo como lo es el síndrome de Down (una aberración cromosómica). Llegar a entender cómo las células se diferencian durante el desarrollo permitiría, especializar células madre en distintos tejidos y órganos con fines médicos.

Véase también

Referencias

  1. Laubichler & Wagner (2001)How Molecular is Molecular Developmental Biology? A Reply to Alex Rosenberg’s Reductionism Redux: Computing the Embryo. Biology and Philosophy 16: 57-58
  2. Sobre la generación de las criaturas vivas, 1651.Exercitaciones de generatione animalium: quibus accedunt quaedum de party, de membranis ac humoribus uteri et de conceptione. London.
  3. Salazar-Ciudad, I., Jernvall, J. and Newman S. A. (2003) REVIEW ARTICLE Mechanisms of pattern formation in development and evolution. Development 130

Bibliografía

  • Gilbert SF. Biología del desarrollo (7ª ed.). Buenos Aires: editorial Medica Panamericana; 2005.
  • Wolpert L. Principles of Development (3th ed). Oxford, Estados Unidos; 2007.

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Biología del desarrollo.
  •   Wikiversidad alberga proyectos de aprendizaje sobre Biología del desarrollo.
  • Developmental Biology by Scott Gilbert (libro de texto en línea, en inglés).
  • Society for Developmental Biology
  • Developmental Biology
  • Milestones. Biología del desarrollo
  •   Datos: Q213713
  •   Multimedia: Developmental biology

biología, desarrollo, biología, desarrollo, estudia, ontogenia, procesos, mediante, cuales, organismos, crecen, desarrollan, biología, desarrollo, actual, estudia, controles, genéticos, crecimiento, celular, diferenciación, celular, morfogénesis, proceso, orig. La biologia del desarrollo estudia la ontogenia los procesos mediante los cuales los organismos crecen y se desarrollan La biologia del desarrollo actual estudia los controles geneticos del crecimiento celular la diferenciacion celular y la morfogenesis el proceso que origina los tejidos organos y la anatomia Perspectivas de un feto en el utero Leonardo da Vinci 1510 1512 Laubichler amp Wagner distinguen cuatro preguntas fundamentales a las que hace frente la biologia del desarrollo 1 A traves de que caminos una celula aparentemente homogenea se desarrolla en un organismo diferenciado Cuales son los mecanismos que guian este despliegue en tres dimensiones Cuales son los objetos biologicamente relevantes causalmente implicados en los procesos de desarrollo Cual es la relacion entre la informacion genetica y la complejidad fenotipica que resulta de los procesos de desarrollo Indice 1 Historia 1 1 Conocimiento antiguo y medieval 1 2 Barroco 1 3 Modernidad 1 4 Contemporaneidad 2 Conceptos 3 Mecanismos del desarrollo 3 1 Mecanismos basicos 3 2 Mecanismos moleculares 4 Modelos embrionarios 5 Subdisciplinas y disciplinas relacionadas 5 1 Embriologia 5 2 Biologia evolutiva del desarrollo 5 3 Medicina 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Bibliografia 9 Enlaces externosHistoria EditarConocimiento antiguo y medieval Editar En sus inicios la biologia del desarrollo esta ligada a las explicaciones filosoficas de la epoca respecto a la naturaleza de la materia En este sentido se encuentra Hipocrates quien explica el desarrollo en terminos de calor humedad y solidificacion Aproximadamente un siglo despues Aristoteles plantea los primeros interrogantes al desarrollo embriologico Sus soluciones como en muchos de los campos trabajados por este pensador perdurarian hasta muy tarde en el pensamiento humano cuando en el siglo XVII sean revaluadas Aristoteles reconocido como el primer embriologo plantea el problema de la formacion del embrion Para ello responde con dos hipotesis La primera de ellas llamada comunmente preformacionismo sostiene que las estructuras del embrion estan preformadas desde el principio y luego estas simplemente aumentan de tamano La segunda hipotesis propone que las estructuras crecen progresivamente con el tiempo a esta se le denomina epigenesis epi sobre genesis inicio la cual Aristoteles favorecio correctamente Estas conjeturas fueron generadas luego de observar huevos de pollo incubados de los cuales tambien comprendio primariamente las funciones de la placenta y el cordon umbilical Aristoteles realizo observaciones sobre los diferentes modos de nacimiento en animales vivos viviparidad a partir de huevos oviparidad o mediante huevos que se rompen en el interior de la madre ovoviviparidad Ademas identifico los dos patrones principales de la division celular la segmentacion holoblastica y la segmentacion meroblastica Durante el periodo medieval no se reconoce hasta el momento ningun avance en este campo de la ciencia Barroco Editar A mediados del siglo XVII en 1651 William Harvey concluyo que los animales se originan de huevos celula huevo La afirmacion Ex ovo omnia 2 Todos a partir de huevo elimino la generacion espontanea de la vida en los animales Tambien lanzo una hipotesis sobre la funcion del liquido amniotico como amortiguador de impactos Este medico ingles fue el primero en observar el blastodermo del embrion de pollo e indicar que en este antes de que el corazon se forme se constituyen islotes de celulas sanguineas Luego de la invencion del microscopio la embriologia pudo obtener observaciones con mayor resolucion y detalle En 1672 el embriologo italiano Marcello Malpighi publico un primer trabajo sobre el desarrollo del pollo visto con microscopio En el desarrollo de este trabajo se observo por primera vez el surco neural los somitas y la primera circulacion de venas y arterias hacia y desde el saco vitelino A pesar de las observaciones Malpighi apoyo la hipotesis de la preformacion Modernidad Editar La preformacion tuvo un amplio apoyo entre la ciencia religion y filosofia del siglo XVIII Pues en este periodo se creia que todo el individuo estaba preestablecido desde la linea germinal homunculo y por lo tanto no era necesaria una fuerza externa para el desarrollo del individuo Esta teoria de corte conservador reforzaba la idea en la cual no habia cambios entre las generaciones de individuos Posteriormente Caspar Friedrich Wolff demostro que las regiones embrionarias del pollo se desarrollan a partir de tejidos que no poseen equivalente en un organismo adulto Sin embargo para poder explicar la obtencion de nuevos individuos cada generacion fue necesario postular la existencia de una fuerza natural desconocida hasta el momento nombrada vis essentialis fuerza esencial la cual organizaria el desarrollo de los embriones Christian Pander estudio el embrion de pollo y en el descubrio las capas germinales ectodermo mesodermo y endodermo Ademas registro observaciones que reforzaban la hipotesis epigenetica pues encontro que las capas germinales no formaban sus organos independientemente Esto significaba que aun cuando las capas fueran tejidos diferentes las tres interactuaban colectivamente mediante induccion Martin Heinrich Rathke coterraneo y contemporaneo de Pander observo el desarrollo de peces anfibios reptiles y mamiferos enfatizando en la semejanza en el desarrollo de estos grupos de vertebrados En este trabajo describio los arcos faringeos la formacion del craneo el origen del sistema reproductor excretor y respiratorio Tambien estudio el desarrollo de invertebrados en especial el del cangrejo La disputa sobre las hipotesis epigeneticas y preformistas fueron finalmente zanjadas con la teoria celular planteada por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann El impacto sobre la ciencia biologica fue enorme En el caso del desarrollo esta indica que si todos los organismos estan originados de una celula la cual debe multiplicarse para generar otros tipos de celulas y con ellas el individuo completo De este modo el desarrollo de un individuo debe ser epigenetico Otro argumento en contra del preformismo es propuesto por el biologo aleman August Weismann el cual indica que el embrion o nuevo individuo no hereda sus caracteres de todo el cuerpo de sus padres sino solamente de las celulas germinales Implicitamente Weisman hizo la distincion entre las celulas somaticas y las celulas germinales Esta distincion y definicion implica adicionalmente que las caracteristicas adquiridas por las celulas somaticas durante la vida del individuo no son transmitidas a las celulas germinales tambien llamada linea germinal A finales del siglo XIX en multiples experimentos de fertilizacion con el erizo de mar se observo que el huevo contenia contribuciones de ambos padres fusionados en el nucleo al cual se le atribuyo la responsabilidad de la herencia Siguiendo esta linea de investigaciones se demostro que los cromosomas situados en el nucleo de un huevo fertilizado zigoto derivan equitativamente de los nucleos parentales de los padres Consecuentemente se establecio que los cromosomas son la unidad fisica de transmision de los caracteres geneticos entre generaciones de acuerdo con las leyes postuladas por Gregor Mendel Karl Ernst von Baer continuo con los estudios de Pander sobre el embrion de pollo y descubrio la notocorda el gameto femenino Como conclusiones de este trabajo von Baer definio cuatro generalidades en el desarrollo conocidas comunmente como Los cuatro principios de von Baer Contemporaneidad Editar Hans Spemann y Hilde Mangold descubren en 1924 la induccion embrionica mediante el trasplante del labio superior de la gastrula de salamandra al lado opuesto del ectodermo Este tratamiento indujo la formacion de un individuo con dos cabezas El labio dorsal trasplantado lleva actualmente el nombre del organizador de Spemann Por este trabajo Spemann es galardonado en 1935 con el premio Nobel pues Hilde Mangold muere tragicamente en un incendio antes de la publicacion del trabajo En 1978 se presenta el nacimiento del primer humano in vitro En 1986 se descubre la muerte celular programada autonoma conocida tambien como apoptosis la cual es necesaria para un desarrollo optimo del individuo Este descubrimiento se realizo sobre Caenorhabditis elegans el cual inicialmente posee 1090 celulas pero finalmente conserva 959 para el resto de su vida lo cual indica que 131 celulas desaparecen durante el desarrollo Las observaciones mostraron que siempre se eliminaban las mismas 131 celulas Igualmente descubrieron que este fenomeno y mecanismo molecular es conservado entre nematodos y mamiferos desde un origen evolutivamente antiguo Por este trabajo H Robert Horvitz y Ellis fueron premiados con el premio Nobel Conceptos Editaralantoides blastocisto blastomero blastula blastulacion capa germinal cigoto clivaje corion crisalida desarrollo neural ectodermo embriogenesis embriogenia embriologia embrion endodermo epiblasto factor de crecimiento feto filogenia gastrula gastrulacion germinacion hipoblasto induccion juvenil larva membrana extra embrionaria mesodermo metamorfosis morfogenesis morula neotenia ninfa ontogenia oosperma ovismo paedogenesis pangenesis plan corporal plasma germinal primordio pupa saco amniotico teratologiaMecanismos del desarrollo EditarMecanismos basicos Editar Mitosis asimetrica Dinamica temporal interna acoplada a mitosis Induccion jerarquica Mitosis dirigida Crecimiento diferencial Apoptosis Migracion Adhesion Contraccion Tumefaccion perdida o deposicion de la matriz celular 3 Mecanismos moleculares Editar Los tipos de moleculas involucradas en el desarrollo embrionario fueron identificados durante la segunda mitad del siglo XX Los factores de transcripcion son reguladores clave para la expresion de los genes y es el control de transcripcion que permite que cada tipo celular epitelial neuronal muscular etc exprese sus proteinas especificas en determinadas cantidades Los factores de transcripcion son regulados por cascadas de transduccion de senales que reciben senales exteriores a la celula y se las comunican al nucleo celular Estas cascadas de senales casi siempre involucran receptores de membrana a los que se unen los ligandos y enzimas Un tipo de genes muy importante los cuales son regulados por distintos factores de transcripcion en distintas celulas son los genes que codifican para proteinas de adhesion las cuales son muy importantes en la morfogenesis Modelos embrionarios EditarEstos organismos son muy usados como modelos por los biologos del desarrollo Cordados Anfioxo Branchiostoma lanceolatum Pez cebra Danio rerio Sapos Xenopus laevis Pollo Gallus gallus Raton Mus musculus Invertebrados Erizo de mar Nematodo Caenorhabditis elegans Mosca de la fruta Drosophila melanogaster Plantas Arabidopsis thaliana Maiz AntirrhinumSubdisciplinas y disciplinas relacionadas EditarEmbriologia Editar Articulo principal Embriologia La embriologia es parte de la biologia del desarrollo estudia a los organismos desde su estado de una celula generalmente el cigoto hasta el final de la etapa embrionaria lo que implica el inicio de la vida libre del organismo La embriologia fue originalmente una ciencia mas descriptiva hasta el siglo XX Hoy en dia ambas ciencias estudian los pasos necesarios para la formacion del cuerpo de un organismo vivo Biologia evolutiva del desarrollo Editar Articulo principal Biologia evolutiva del desarrollo La biologia evolutiva del desarrollo se desarrollo ampliamente en la decada de 1990 Es una sintesis entre los descubrimientos de la biologia molecular del desarrollo y la biologia evolutiva la cual considera toda la diversidad de los organismos desde un contexto evolucionista Medicina Editar Los descubrimientos de la biologia del desarrollo ayudan a entender defectos en el desarrollo como lo es el sindrome de Down una aberracion cromosomica Llegar a entender como las celulas se diferencian durante el desarrollo permitiria especializar celulas madre en distintos tejidos y organos con fines medicos Vease tambien EditarGenetica del desarrollo Morfogeno Expresion genica Desarrollo dentario Desarrollo floral Embriogenesis en Drosophila Medicina regenerativa Sir John Gurdon Juan Carlos Izpisua Simposios Iberolatinoamericanos de Terminologia Terminologia Morfologica Internacional Anexo Alteraciones del desarrollo biologicoReferencias Editar Laubichler amp Wagner 2001 How Molecular is Molecular Developmental Biology A Reply to Alex Rosenberg s Reductionism Redux Computing the Embryo Biology and Philosophy 16 57 58 Sobre la generacion de las criaturas vivas 1651 Exercitaciones de generatione animalium quibus accedunt quaedum de party de membranis ac humoribus uteri et de conceptione London Salazar Ciudad I Jernvall J and Newman S A 2003 REVIEW ARTICLE Mechanisms of pattern formation in development and evolution Development 130Bibliografia EditarGilbert SF Biologia del desarrollo 7ª ed Buenos Aires editorial Medica Panamericana 2005 Wolpert L Principles of Development 3th ed Oxford Estados Unidos 2007 Enlaces externos Editar Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Biologia del desarrollo Wikiversidad alberga proyectos de aprendizaje sobre Biologia del desarrollo Developmental Biology by Scott Gilbert libro de texto en linea en ingles Society for Developmental Biology Developmental Biology Milestones Biologia del desarrollo Datos Q213713 Multimedia Developmental biologyObtenido de https es wikipedia org w index php title Biologia del desarrollo amp oldid 138234947, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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