본 연구는 탁수가 어류에 미치는 영향을 분석하기 위하여 임하호 유입지천인 탁수수계(영양군 화매천)와 비탁수수계(청송군 신흥천)의 수질, 토양성분 및 어류의 조직 생리적 변화를 조사하였다. 임하호 유입지천의 수질은 탁수수계에서 pH, DO, SS 및 탁도가 높았으며, 토양성분은 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토광물이 높은 것으로 보아 점토광물이 강우시 쉽게 유출되어 탁수에 영향을 줄 것으로 생각된다. 탁수수계에 서식하는 어류는 이차새변의 간격이 일정하지 않고, 상피세포의 분리와 부종 및 곤봉 형태가 관찰되었다. 또한 아가미 표면이 매끄럽지 못하며 다량의 이물질이 존재하였고, 신장 조직에서는 보우먼주머니 안의 사구체 크기가 수축되어 보우만 공간이 넓은 형태를 나타냈다. 이러한 조직학적 변화가 장기간 지속될 경우 어류의 2차 병변의 원인이 될 수 있으며, 더 나아가 어류의 건강상에 영향을 줄 것으로 사료된다. 항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이며, GR은 항산화효소의 활성중 가장 낮은 활성을 나타냈다. 또한 탁수수계의 근육과 신장조직에서는 SOD, CAT, GPX, GST가 비탁수수계 보다 높은 활성을 보였다. 이는 활성산소가 많이 발생하는 탁수수계의 어류 체내에서는 유해한 라디칼을 제거하기 위해 항산화효소의 활성이 증가한 것으로 생각된다.
본 연구는 탁수가 어류에 미치는 영향을 분석하기 위하여 임하호 유입지천인 탁수수계(영양군 화매천)와 비탁수수계(청송군 신흥천)의 수질, 토양성분 및 어류의 조직 생리적 변화를 조사하였다. 임하호 유입지천의 수질은 탁수수계에서 pH, DO, SS 및 탁도가 높았으며, 토양성분은 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토광물이 높은 것으로 보아 점토광물이 강우시 쉽게 유출되어 탁수에 영향을 줄 것으로 생각된다. 탁수수계에 서식하는 어류는 이차새변의 간격이 일정하지 않고, 상피세포의 분리와 부종 및 곤봉 형태가 관찰되었다. 또한 아가미 표면이 매끄럽지 못하며 다량의 이물질이 존재하였고, 신장 조직에서는 보우먼주머니 안의 사구체 크기가 수축되어 보우만 공간이 넓은 형태를 나타냈다. 이러한 조직학적 변화가 장기간 지속될 경우 어류의 2차 병변의 원인이 될 수 있으며, 더 나아가 어류의 건강상에 영향을 줄 것으로 사료된다. 항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이며, GR은 항산화효소의 활성중 가장 낮은 활성을 나타냈다. 또한 탁수수계의 근육과 신장조직에서는 SOD, CAT, GPX, GST가 비탁수수계 보다 높은 활성을 보였다. 이는 활성산소가 많이 발생하는 탁수수계의 어류 체내에서는 유해한 라디칼을 제거하기 위해 항산화효소의 활성이 증가한 것으로 생각된다.
The present study aims to examine the effect of turbid water on fishes in streams which branch into a turbid water area (Yeongyang-gun) and a non-turbid water area (Cheongsong-gun), and finally flow into the Imha reservoir. In a comparison of water quality, the chemical status of the water showed hi...
The present study aims to examine the effect of turbid water on fishes in streams which branch into a turbid water area (Yeongyang-gun) and a non-turbid water area (Cheongsong-gun), and finally flow into the Imha reservoir. In a comparison of water quality, the chemical status of the water showed higher pH, DO and SS in the turbid water area than in the non-turbid water area. Also, high density of clay minerals such as vermiculite (V) and illite (I), which is from clay mineral leakage during rainfall, was detected in turbid water, resulting in an increase of turbidity. Fishes inhabiting the turbid water showed irregular spaces in gill lamella, cell separation, edema, and clubbing in epithelial tissues. Also, the gill surface showed roughness and plenty of muddy debris substances inside the gills. The Bowman's space was expanded because of contraction of the glomerulus in the Bowman's space of the kidney tissues. Antioxidant enzymes such as SOD, CAT, GPX, and GST showed higher activities in the specific tissues, muscles and kidney, of fishes living in turbid water than in the non-turbid area. We suggested that; first, the antioxidant activities were increased due to removal of harmful radicals generated in fish bodies in the turbid water area, second, long-time exposure of these histological changes in the tissues might have induced secondary lesion accompanying the inaccurate physiological constancy of fishes.
The present study aims to examine the effect of turbid water on fishes in streams which branch into a turbid water area (Yeongyang-gun) and a non-turbid water area (Cheongsong-gun), and finally flow into the Imha reservoir. In a comparison of water quality, the chemical status of the water showed higher pH, DO and SS in the turbid water area than in the non-turbid water area. Also, high density of clay minerals such as vermiculite (V) and illite (I), which is from clay mineral leakage during rainfall, was detected in turbid water, resulting in an increase of turbidity. Fishes inhabiting the turbid water showed irregular spaces in gill lamella, cell separation, edema, and clubbing in epithelial tissues. Also, the gill surface showed roughness and plenty of muddy debris substances inside the gills. The Bowman's space was expanded because of contraction of the glomerulus in the Bowman's space of the kidney tissues. Antioxidant enzymes such as SOD, CAT, GPX, and GST showed higher activities in the specific tissues, muscles and kidney, of fishes living in turbid water than in the non-turbid area. We suggested that; first, the antioxidant activities were increased due to removal of harmful radicals generated in fish bodies in the turbid water area, second, long-time exposure of these histological changes in the tissues might have induced secondary lesion accompanying the inaccurate physiological constancy of fishes.
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문제 정의
최근 들어 호소의 수질오염에 대한 사회적 관심이 대두되면 서 국내 • 외적으로 수환경을 보전 및 복원하고자 꾸준한 모니터링이 이루어져오고 있으며, 과거 이화학적 분석만을 이용한 수질관리 에서 벗어나 수환경에 서식하는 생물을 평가함으로서 수질과 생물의 상호 보완적으로 연구하는 통합적 수자원 관리가 제기되면서 수생생물에 대한 생태적 특성 및 생리•화 학적 영향에 관심을 가지기 시작했다μ5,22]. 따라서 본 연구에서는 임하호 유입지천인 영양군의 화매천과 청송군의 신흥천 일대 수질과 토양 성분을 분석하여 탁수수계와 비탁수수계에 서식하는 어류의 조직과 생리적 변화를 알아보고자 하였다 수온은 탁수수계 에서 비 탁수수계 보다 낮았고 DO는 탁수수 계에서 높은 것으로 나타나 온도가 높은 물에서 DO가 낮은 것으로 확인됐다. 또한 pH는 탁수수계에서 높았으며 BOD는 양호한 상태로 안정적 인 변화를 보여주었으나 탁수수계가 비 탁수수계 에 비해 비교적 낮게 나타났다.
따라서 본 연구에서는 탁수 수계로 임하호 유입지천인 영양 군의 화매천과 비탁수 수계로 청송군의 신흥천 일대 수질 조 사와 토양 성분을 분석하여 탁수 수계와 비탁수 수계에 서식 하는 어류 조직의 미세구조 및 생리적 변화를 통해 탁수가 어류에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
본 연구는 탁수가 어류에 미치는 영향을 분석하기 위하여 임하호 유입지천인 탁수수계(영양군 화매천)와 비탁수수계 (청송군 신흥천)의 수질, 토양성분 및 어류의 조직•생리적 변화를 조사하였다.
가설 설정
B, D: Gills from the turbid water area. B: Muddy debris were attached between primary and secondary lamella (arrows). D: Winding of secondary lamellae was shown (arrows).
B, D: Gill in the turbid water area. B: Respiratory epithelial cells were separated in secondary lamella (arrows). D: Clubbing was shown in secondary lamella (arrows).
제안 방법
GST 활성은 1 mM GSH와 1 mM chlorodinitrobenzene (CDNB)이 함유된 100 mM phosphate buffer (pH 7.0)에 효소시료를 넣은 후 340 nm에서 1분간 흡광도의 변화를 측정하였다. GST의 활성은 1분 동안에 1 nmol GSH를 소비하는 효소의 양을 1 unit으로 하였다.
광학 현미경 관찰은 어류의 아가미와 신장을 절취하여 FAA로 24시간 고정 후 수세, 탈수 과정을 거쳐 일반적인 조직 제작 방법에 따라 조직을 파라핀 포매하였다. 이후 파라핀 블록을 두께 4—6 μ이로 제작하여 hematoxylin과 eosin에 이 중염색한 후, 광학현미경 하에서 관찰하였으며 사진 촬영은 Olympus DP-기을 사용하였다.
0)와 시료액을 넣은 후 기질로 10 mM H2O2 용액을 가하여 잘 혼합한 후 240 nm에서 흡광도의 변화를 2분간 측정하였다[2]. 대조실험 으로는 기질인 H2O2 용액 대신에 50 mM phosphate buffer (pH 7.0)을 가하고 위와 동일한 방법으로 흡광도의 변화를 측정하였다. CAT의 활성은 1분 동안에 1 μmol의 H2O2를 분해하는 효소의 양을 1 unit로 하였다.
수질 분석을 위해 수온, pH, 용존산소(Dissolved oxygen, DO), 탁도(Turbidity)의 분석은 현장에서 다항목측정기 (YSI 660, YSI)를 이용하여 측정하였다. 또한 BOD, 부유물질 (Suspended solid, SS)의 측정은 1 1 무균 채수병을 이용하여 하천수를 채수한 후 분석까지의 운반과 저장은 아이스박스와 차량용 냉장고를 이용하여 저온상태를 유지한 후 공정시험법 에 따라 측정하였다.
수질 분석을 위해 수온, pH, 용존산소(Dissolved oxygen, DO), 탁도(Turbidity)의 분석은 현장에서 다항목측정기 (YSI 660, YSI)를 이용하여 측정하였다. 또한 BOD, 부유물질 (Suspended solid, SS)의 측정은 1 1 무균 채수병을 이용하여 하천수를 채수한 후 분석까지의 운반과 저장은 아이스박스와 차량용 냉장고를 이용하여 저온상태를 유지한 후 공정시험법 에 따라 측정하였다.
어류의 뼈, 근육 조직을 적출한 후 초음파세척기(5210, Branson)에서 표면에 부착된 점토의 미세입자 및 이물질을 최대한 제거하였다. 제거한 후에 액체 질소로 처리하여 재차 냉동건조기에서 완전히 건조 후 건조중량을 측정하였다.
어류의 아가미, 신장, 간, 근육 조직을 적출하여 100 mM phosphate buffer (pH 7.2)에 혈액 및 기타 이물질 등을 세척한 후 조직의 무게를 측정하였다. 무게를 측정한 시료는 homogenation buffer (5 mM Tris, 38 mM Glycine, pH 8.
후 고정은 1% osmium tetraoxide (OsQ)에 1~2시간 고정시켜 탈수 과정을 거친 후 냉동건조기에서 건조시켰다. 완전히 건조된 시료의 표면에 금 코팅을 실시한 후 주사전자현미 경(S-2500C, Hitachi) 하에서 아가미 표면의 미세구조를 관찰하였다.
광학 현미경 관찰은 어류의 아가미와 신장을 절취하여 FAA로 24시간 고정 후 수세, 탈수 과정을 거쳐 일반적인 조직 제작 방법에 따라 조직을 파라핀 포매하였다. 이후 파라핀 블록을 두께 4—6 μ이로 제작하여 hematoxylin과 eosin에 이 중염색한 후, 광학현미경 하에서 관찰하였으며 사진 촬영은 Olympus DP-기을 사용하였다.
100)를 통과시켜 균일하고 부드럽게 만들어 시료로 사용하였다. 전처리된 시료는 에너지 분산형 X-선 측정기(JSM-6300, Jeol)를 이용하여 시료에 함유 되어 있는 원소를 분석하였고, 토양의 성분은 X-선 회절기 (D/Max-2000, Rigaku)를 이용하여 분석하였다.
각 조직의미 량중금속(As, Cd, Pb, Cr) 측정을 위해 전처리는 초단 파 용해장치 (Ethos Plus, Milestone)를 이용하였다. 전처리된 조직 내 미량중금속의 함량은 유도결합 플라즈마 질량분석기 (Elan DRC-e, Perkin Elmer)를 이용하여 측정하였다.
어류의 뼈, 근육 조직을 적출한 후 초음파세척기(5210, Branson)에서 표면에 부착된 점토의 미세입자 및 이물질을 최대한 제거하였다. 제거한 후에 액체 질소로 처리하여 재차 냉동건조기에서 완전히 건조 후 건조중량을 측정하였다. 각 조직의미 량중금속(As, Cd, Pb, Cr) 측정을 위해 전처리는 초단 파 용해장치 (Ethos Plus, Milestone)를 이용하였다.
1 mM EDTA 및 효소액이 포함된 용액을 25℃에서 예치한 다음 Xanthine oxidase 를 첨가하여 반응을 개시하였다[8]. 효소의 활성은 550 nm에서 10초 단위로 150초간 흡광도를 측정하였고, Xanthine oxidase 첨가량은 효소액을 함유하지 않은 반응액의 흡광도 흡수가 분당 0.025가 되도록 조절하였다. 효소의 활성은 cytochrome c의 환원 속도를 50% 억제하는 양을 1 unit로 하여 unit/mg protein/min으로 나타냈다.
대상 데이터
제거한 후에 액체 질소로 처리하여 재차 냉동건조기에서 완전히 건조 후 건조중량을 측정하였다. 각 조직의미 량중금속(As, Cd, Pb, Cr) 측정을 위해 전처리는 초단 파 용해장치 (Ethos Plus, Milestone)를 이용하였다. 전처리된 조직 내 미량중금속의 함량은 유도결합 플라즈마 질량분석기 (Elan DRC-e, Perkin Elmer)를 이용하여 측정하였다.
시료채취는 강우가 집중되는 6월~8월(2007년) 3회에 걸쳐 채 집하였으며, 어류 채집은 족대(5x5 mm)와 투망, 어항 등을 사용하였다. 채집된 어류는 현장에서 Kim과 Park μ4]을 참고 하여 동정하였으며, 외부 형태적 손상이 나타나지 않은 참갈 겨니(Z/zcco koreanus)와 피라미(Zacco platypus)를 어종 당 10마 리씩 사용하였다.
조사지점은 탁수수계로 반변천 상류 수계의 영양군 화매천 일대 3개 지점과 비탁수수계로 청송군 신흥천 일대 3개 지점 을 선정하였으며 각 행정구역의 명칭은 다음과 같다(Fig. 1)
시료채취는 강우가 집중되는 6월~8월(2007년) 3회에 걸쳐 채 집하였으며, 어류 채집은 족대(5x5 mm)와 투망, 어항 등을 사용하였다. 채집된 어류는 현장에서 Kim과 Park μ4]을 참고 하여 동정하였으며, 외부 형태적 손상이 나타나지 않은 참갈 겨니(Z/zcco koreanus)와 피라미(Zacco platypus)를 어종 당 10마 리씩 사용하였다.
데이터처리
각 실험에서 얻어진 자료에 대하여 통계 프로그램 패키지 (SPSS Inc., ver 12.0K)를 이용하여 분석한 후, Anova test를 사용하여 평균값들 간의 유의성을 검정하였으며(p<0.05), 모든 데이터는 평균 표준편차(mean SD)로 표시하였다
성능/효과
CAT의 활성은 탁수수계에서 3배정도 높은 활성을 나타냈 으며, 간 조직을 제외한 모든 조직이 탁수수계에서 활성이 높 았다. GPX의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 나타냈으며, 근육 조직의 경우 탁수수계에서 4배정도 높은 활성을 보였으나 다른 조직에서는 활성의 차이가 크지 않았다. GST의 활성 은 탁수수계 에서 높은 활성을 나타냈으며, 간 조직의 경우에는 탁수수계에서 3배정도 높은 활성을 나타냈으나 다른 조직의 경우 활성의 차이가 미미하였다.
GST의 활성 은 탁수수계 에서 높은 활성을 나타냈으며, 간 조직의 경우에는 탁수수계에서 3배정도 높은 활성을 나타냈으나 다른 조직의 경우 활성의 차이가 미미하였다. GR의 활성은 탁수수계와 비탁수수계의 활성 차이는 표준편차의 차이만으로 미미한 활성을 나타냈으며, 항산화효소의 활성 중 가장 낮은 활성을 나 타냈다(Fig. 6).
항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이고 SOD가 가장 높은 활성이며, 조직에서는 근육 조직과 아가미 조직내 활성이 높았다. SOD의 활성은 탁수수계에서 높은 활 성을 보이며, 근육과 간 조직에서 높은 활성의 차이를 나타냈다. CAT의 활성은 탁수수계에서 3배정도 높은 활성을 나타냈 으며, 간 조직을 제외한 모든 조직이 탁수수계에서 활성이 높 았다.
Shin 등[26]은 고탁도상태가 지속적으로 장시간 유지되면 어체에 축적되는 미량중금속의 함량이 급격히 증가하며, 결국 어체에 치명적인 유해작용을 일으킬 수 있다고 하였다. 그러나 본 연구에서는 어체에 죽적된 미량중금속의 함량 차이가 거의 없는 것으로 조사되었는데, 이러한 결과에 의하면 탁수 수계에 단기간 서식하는 경우 어체에는 미량중금속이 거의 축적되지 않는 것으로 생각된다.
따라서 본 연구에서는 임하호 유입지천인 영양군의 화매천과 청송군의 신흥천 일대 수질과 토양 성분을 분석하여 탁수수계와 비탁수수계에 서식하는 어류의 조직과 생리적 변화를 알아보고자 하였다 수온은 탁수수계 에서 비 탁수수계 보다 낮았고 DO는 탁수수 계에서 높은 것으로 나타나 온도가 높은 물에서 DO가 낮은 것으로 확인됐다. 또한 pH는 탁수수계에서 높았으며 BOD는 양호한 상태로 안정적 인 변화를 보여주었으나 탁수수계가 비 탁수수계 에 비해 비교적 낮게 나타났다. SS는 탁수수계 보다 비탁수수계가 높게 나타났는데 지점 특성상 수계와 민가가 인접해 있는 구조로 유량이 작고 생활하수가 직접적으로 유입된 영향과 상류수계의 공사로 인한 토사 유입의 결과로 생각된다.
탁도는 탁수수계에서 비탁수수계에 비해 3배정도 높은 것으로 보아 탁수수계가 탁수의 영향을 받는 것으로 생각된다. 또한 탁수수계에서는 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토 광물이 비교적 많았으며, 비탁수수계는 상대적으로 quartz (Q), feldspar (F)와 같은 쇄설성 광물이 많은 것으로 나타나 탁수수계 의 탁도에 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토광물이 강우시 쉽게 유출되어 탁도가 높아진 것으로 사료된다.
항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이며, GRe 항산화효소의 활성 중 가장 낮은 활성을 나타냈다. 또한 탁수수계의 근육과 신장 조직에서는 SOD, CAT, GPX, GST가 비탁수수계보다 높은 활성을 보였다. 이는 활성산소가 많이 발생하는 탁수수계의 어류 체내에서는 유해한 라디칼을 제거하기 위해 항산화효소 의 활성이 증가한 것으로 생각된다.
탁도 변화에 따른 항산 화효소의 활성을 조사한 실험에서 탁도가 높아짐에 따라 항산 화효소의 활성이 증가하고 아가미와 표피조직에서 높은 활성을 보임으로써 고탁수에서 미세입자가 어류의 산소교환에 직 접적인 영향을 주어 호흡과 관련해 다른 체내 조직에도 영향을 미치게 된다[24]. 본 연구에서 조직내 항산화효소의 활성은 환경수에 직접적으로 노출되는 아가미와 근육 조직에서 활성이 높았으며, 탁수수계의 항산화효소 활성이 높았다. 이는 탁수의 스트레스에 의해 생성되는 활성산소가 탁수수계에서 많이 발생하여 어류 체내에 유해한 라디칼을 제거하기 위하여 항산화효소의 활성이 증가한 것으로 사료된다.
탁수역에 서식하는 어류의 아가미에서 이차새변의 만곡, 곤봉화, 부종 및 상피세포 박리 등을 확인하였으며, 신장조직 에서는 사구체의 크기가 작아지는 수축 현상과 조직의 괴사 및 공포현상이 나타났다[17,25]. 본 연구에서 탁수수계에 서식하는 어류는 호흡상피세포의 박리와 부종 및 곤봉 형태가 나타났으며, 신장조직에서 보우만 주머니 안의 사구체 크기가 수축되어 보우만 주머니 공간이 확장된 형태가 나타났다. 이러한 병변은 우기 시 발생하는 탁수의 영향으로 미립자의 토사가 호흡시 이차새변에 붙어 원활한 호흡을 방해한 결과로 생각되며, 신장조직의 경우 사구체 수축이 지속되면 노폐물을 걸러주는 효과가 떨어져 어류의 또 다른 병변을 발생시킬 것으로 사료된다.
수질은 탁수수계의 평균 수온이 비탁수수계 보다 1℃정도 낮았으며, pH와 DO 및 SS는 탁수수계에서 높게 나타났다. 탁도는 탁수수계에서 15.
3배 정도 낮게 나타났다(Table 2). 임하호 유입지천 주변 토양의 주성분은 탁 수수계 에서 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토광물이 높았고, 비탁수수계에서는 quartz (Q)와 feldspar (F)와 같은 쇄설성 광물이 높게 나타났다(Fig. 2).
임하호 유입지천 탁수수계와 비탁수수계에 공통으로 서식하는 참갈겨니의 뼈와 근육에 축적된 유해 미량중금속인 As, Cd, Pb 및 Cr의 평균 함량을 조사해보면 수계에 따른 함량 차이는 거의 나타나지 않았다(Fig. 7).
임하호 유입지천의 수질은 탁수수계에서 pH, DO, SS 및 탁도가 높았으며, 토양성분은 vermiculite (V), illite (I)와 같은 점토광물이 높은 것으로 보아 점토광물이 강우시 쉽게 유출되어 탁수에 영향을 줄 것으로 생각된다. 탁수수계에 서식하는 어류는 이차새변의 간격이 일정하지 않고, 상피세포의 분리와 부종 및 곤봉 형태가 관찰되었다.
수질은 탁수수계의 평균 수온이 비탁수수계 보다 1℃정도 낮았으며, pH와 DO 및 SS는 탁수수계에서 높게 나타났다. 탁도는 탁수수계에서 15.45±0.5 NTU로 비탁수수계의 5.66±0.28 NTU 보다 3배정도 높았다(Table 1).
탁수수계의 참갈겨니와 피라미의 아가미 조직은 이차새변 의 간격이 일정하지 않고 이차새변이 심하게 굽어있는 형태가 많으며, 이차새변에서는 상피세포의 분리가 많이 확인됐다.이차새변은 두꺼운 다층의 상피세포로 비대해져 있는 부종과 이차새변의 끝이 부풀어 오르는 곤봉모양이 관찰되었다.
토양의 원소를 분석한 결과 NaQ와 Al2O3 및 KQ는 탁수수 계에서 높은 함량을 나타냈으나 1~4%로 함량차이는 크지 않았다. SiO2와 Fe03는 탁수수계 에서 비 탁수수계 보다 2% 정도 낮은 함량을 보였으나 MgO는 탁수수계에서 2.
항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이고 SOD가 가장 높은 활성이며, 조직에서는 근육 조직과 아가미 조직내 활성이 높았다. SOD의 활성은 탁수수계에서 높은 활 성을 보이며, 근육과 간 조직에서 높은 활성의 차이를 나타냈다.
이러한 조직학적 변화가 장기간 지속될 경우 어류의 2차 병변의 원인이 될 수 있으며, 더 나아가 어류의 건강상에 영향을 줄 것으로 사료된다. 항산화효소의 활성은 탁수수계에서 높은 활성을 보이며, GRe 항산화효소의 활성 중 가장 낮은 활성을 나타냈다. 또한 탁수수계의 근육과 신장 조직에서는 SOD, CAT, GPX, GST가 비탁수수계보다 높은 활성을 보였다.
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