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SUGESTÕES PARA   Veja questões para discussão da atividade no anexo 2 e o gabarito no  AVALIAÇÃO      anexo 3.
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ANEXO 2Questões para discussão da atividadeA) O que aconteceu com as freqüências dos alelos P e p na população coelhos ao ...
ANEXO 3Gabarito das questões para discussãoA) A freqüência do alelo P aumenta ao longo das gerações, enquanto a freqüência...
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  1. 1. COMO A SELEÇÃO NATURAL AFETA O CONJUNTO DE GENES DE UMA POPULAÇÃO? Vivian Lavander Mendonça e Sônia Lopes (agosto de 2003) TEMA Evolução • Fatores evolutivos: seleção natural CONCEITOS • Princípios de hereditariedade (1ª Lei de Mendel)RELACIONADOS • Genética de populações (teoria de Hardy-Weinberg) Os estudantes poderão: • compreender que a freqüência dos alelos de um gene em uma população pode se modificar ao longo do tempo; • aplicar conceitos de genética (padrões de hereditariedade) a uma OBJETIVOS simulação de ocorrência de seleção natural, um dos fatores evolutivos considerados na Teoria Sintética da Evolução ou Neodarwinismo. • desenvolver habilidades de raciocínio lógico-matemático e construção/interpretação de gráficos. Essa atividade direciona-se ao tema evolução e pode ser utilizada na abordagem da Teoria Sintética da Evolução ou Neodarwinismo. Os alunos precisam conhecer conceitos de genética (no caso, a 1ª Lei de Mendel). AESTRATÉGIAS DE atividade também pode ser uma introdução ao tema Genética de ENSINO Populações, para compreensão do princípio de equilíbrio genético de uma população. Apesar do princípio de Hardy-Weinberg não ser explicitado aqui, o professor pode partir das conclusões desta atividade para posteriormente apresentar esse conceito aos alunos. A TEORIA SINTÉTICA DA EVOLUÇÃO A teoria sintética da evolução ou neodarwinismo foi formulada por vários pesquisadores durante anos de estudos, tomando como essência as noções de Darwin sobre seleção natural e incorporando noções de genética. PRINCÍPIOS A teoria sintética considera, conforme Darwin já havia feito, a população unidade BÁSICOS evolutiva. A população pode ser definida como grupamento de indivíduos de uma mesma espécie que ocorrem em uma mesma área geográfica, em um mesmo intervalo de tempo. Observando as diferentes populações de indivíduos com reprodução sexuada, pode- se notar que não existe um indivíduo igual a outro. A enorme diversidade de fenótipos em uma população é indicadora da variabilidade genética dessa
  2. 2. população. A compreensão da variabilidade genética e fenotípica dos indivíduos de uma população é fundamental para o estudo dos fenômenos evolutivos, uma vez que a evolução é, na realidade, a transformação estatística de populações ao longo do tempo, ou, ainda, alterações nas freqüências dos genes dessa população. Os fatores que determinam alterações na freqüência dos genes são denominados fatores evolutivos. Cada população apresenta certo conjunto de genes que, sujeito a fatores evolutivos, pode ser alterado. O conjunto gênico de uma população é o conjunto de todos os genes presentes nessa população. Assim, quanto maior o conjunto gênico da população, maior é a variabilidade genética. Os fatores evolutivos que atuam sobre o conjunto de genes da população podem ser reunidos em duas categorias: - fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética: mutação gênica, mutação cromossômica, recombinação; - fatores que atuam sobre a variabilidade já estabelecida: migração, oscilação genética e seleção natural. A seleção natural organiza e direciona a variabilidade genética, selecionando genótipos mais bem adaptados a uma determinada condição ecológica, eliminando aqueles desvantajosos para essa mesma condição. A seleção tende, portanto, a diminuir a variabilidade genética. Desse modo, quanto mais intensa for a seleção natural sobre uma determinada população, menor será a sua variabilidade, pois apenas alguns genótipos serão selecionados. Extraído de BIO v. 3, Sônia Lopes, SaraivaDURAÇÃO DA 2 aulas ATIVIDADE • Ficha de atividade (anexo 1) – providenciar cópias. • Questões para discussão (anexo 2) e gabarito (anexo 3) Organizar a turma em equipes e pedir a cada equipe que providencie: • 50 grãos de feijão marrom ou preto MATERIAIS • 50 grãos de feijão brancoNECESSÁRIOS • 3 pires ou potes pequenos • 1 saco de papel opaco • 3 etiquetas adesivas 1ª PARTE: OBSERVANDO CRUZAMENTOS ENTRE COELHOS
  3. 3. PROCEDIMENTOS 1. Na aula anterior à execução da atividade, peça à turma que se organize em equipes de 3-4 alunos. Cada equipe deverá trazer, na aula marcada, os materiais listados no item “Materiais necessários”. No dia combinado, verifique se todas as equipes possuem o material solicitado e distribua cópias da ficha de atividade (anexo 1) para cada aluno ou uma cópia por equipe. 2. Leia com a turma a situação a ser analisada no item “Introdução” da ficha de atividade. Explique que os feijões correspondem aos alelos do gene para pelagem dos coelhos, sendo que os feijões brancos representam o alelo recessivo (p), que determina a condição “ausência de pêlos no corpo”, enquanto os feijões coloridos (marrons ou pretos) representam o alelo dominante do mesmo gene (P), que determina a presença de pêlos no corpo. O saco de papel (que pode ser substituído por outro recipiente, desde que não seja transparente) representa o território onde vivem os coelhos. 3. Todos os feijões devem ser colocados dentro do saco de papel. O número de feijões (50 de cada cor) foi escolhido aleatoriamente para essa atividade e não corresponde a uma situação real. 4. Os três pires devem ser etiquetados da seguinte forma: PP: indivíduos homozigóticos dominantes Pp: indivíduos heterozigóticos pp: indivíduos homozigóticos recessivos 5. CRUZAMENTO ENTRE OS COELHOS: Cada equipe deve chacoalhar o saco de papel contendo os feijões. Sem olhar e escolher os feijões, os alunos retiram dois de cada vez, simbolizando que dois gametas se uniram ao acaso e deram origem a um indivíduo diplóide. Esclareça, então, que cada par de alelos (feijões) representa o genótipo de um indivíduo diplóide (um filhote), resultado do cruzamento ao acaso entre os coelhos da população (por isso não se podem escolher os feijões a serem retirados do saco). Observando as cores dos grãos, os pares de feijões retirados devem ser colocados no pires correspondente: PP, Pp ou pp. O procedimento é repetido até que terminem todos os feijões de dentro do saco.
  4. 4. Exemplo:Se forem retirados, ao acaso, um feijão branco (alelo p) e um feijãocolorido (alelo P), o coelho será heterozigótico para o lócus desse gene(Pp) e apresentará pêlos em seu corpo. Se forem retirados dois feijõesbrancos, o coelho será homozigótico recessivo (pp) e não terá pêlos nocorpo. Se forem retirados dois feijões pretos, o coelho será homozigóticodominante (PP) e terá pêlos no corpo.6. Ao mesmo tempo em que os alunos forem sorteando os pares de alelos(feijões) e colocando-os no pires com a etiqueta correspondente, elesdevem completar a tabela da ficha de atividade na linha “GERAÇÃO 1”. Oprocedimento é repetido até que os feijões de dentro do saco de papelacabem.OBS.: Repare que o número total de coelhos da Geração 1 [50 indivíduos]será metade do número total de feijões [100], porque cada coelho, sendoum organismo diplóide, possui dois alelos do gene.7. Com a Geração 1 disposta nos pires, lembre aos alu nos de que oscoelhos portadores do genótipo pp nascem sem pêlos em seu corpo.Pergunte sobre as chances de sobrevivência dos coelhos da geração 1 atéa idade reprodutiva considerando o ambiente onde esses animais vivem.Todos os coelhos sobreviverão considerando que a população habita umbosque da Europa onde o inverno é rigoroso? Os coelhos sem pêlos nocorpo não conseguem resistir ao frio e acabam morrendo antes queatinjam a idade adulta e possam procriar e transmitir seus genes à outrageração. Sendo assim, os alunos devem esvaziar o pires correspondenteaos coelhos homozigóticos recessivos (pp) e excluir esses alelos dapróxima simulação.8. Os alunos devem contar o número de alelos P e p (feijões) que ficaramnos outros dois pratos e anotar o número no lugar apropriado da tabela.As equipes devem se lembrar que os alelos dos coelhos pp não devem sercontados, pois esses coelhos morreram durante o inverno.OBS.: Nesta etapa, deve -se contar cada feijão, pois o que se deve anotaré o número de alelos e não de indivíduos.9. Os alelos dos coelhos peludos devem ser colocados novamente no saco
  5. 5. de papel, visto que esses coelhos sobreviveram ao inverno, cresceram epodem se reproduzir. Os alunos vão repetir os procedimentos de 5 a 8 eanotar os novos dados na linha correspondente à GERAÇÃO 2.10. Os procedimentos devem ser repetidos até que se complete a tabela ecada grupo tenha dados das Gerações 1 a 8. Como estão trabalhando emequipe, os alunos podem revezar as tarefas entre si: sortear os alelos,fazer as contagens, anotar os dados na tabela.2ª PARTE: INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS11. Oriente os alunos sobre como calcular a freqüência dos alelos em cadageração que chegou à idade reprodutiva. Por exemplo: para saber afreqüência do gene P na Geração 1, após a exclusão dos coelhoshomozigóticos recessivos, divide-se o número de alelos P pelo total dealelos; e para descobrir a freqüência de p, divide-se o número de p pelototal de alelos. Os resultados podem ser expressos em porcentagem ouem número decimal. Vamos usar como exemplo o seguinte raciocínio: separtirmos de 50 feijões brancos e 50 pretos, que é a nossa geraçãoparental, na geração F1 teremos 50 feijões pretos e o número de feijõesbrancos vai depender de quantos indivíduos homozigóticos morreram.Vamos supor que 10 indivíduos eram homozigóticos recessivos. Isso nosdá 20 feijões brancos a menos. O total de feijões será de 80, sendo 50pretos e 30 brancos.Nesse caso, o cálculo da freqüência dos alelos ficaria assim:Geração 1:Nº de alelos P = 50Nº de alelos p = 30Nº total de alelos = 80Freqüência de P = 50/80 = 0,625 ou 62,5%Freqüência de p = 30/80 = 0,375 ou 37,5%A soma das freqüências de P e p deve ser igual a 1 no caso do resultadoser expresso em decimal, ou 100 no caso do resultado ser emporcentagem.12. Os resultados obtidos pelas equipes precisam ser comparados. Para
  6. 6. isso, cada grupo deve construir um gráfico que mostre a variação dasfreqüências dos alelos P e p na população de coelhos adultos quesobreviveram ao inverno rigoroso ao longo das gerações. Oriente osalunos a colocar as gerações de 1 a 8 no eixo horizontal e as freqüênciascalculadas no eixo vertical. As freqüências dos alelos P e p podem sercolocadas no mesmo gráfico, utilizando-se cores diferentes para marcarcada uma. Os alunos devem combinar um padrão para a montagem dográfico a ser seguido por todas as equipes; por exemplo, a freqüência deP será marcada com canetinha azul e a freqüência de p será marcada comcanetinha vermelha. O gráfico deverá ser grande para facilitar acomparação entre eles e pode ser construído em folha de papel sulfite(utilizando todo o espaço da folha) ou metade de uma cartolina.OBS.: Esta etapa pode ser feita em casa para a comparação dos gráficosser realizada na aula seguinte. Se houver tempo, no entanto, é melhorque as equipes construam seus gráficos em aula – combine com os alunosos materiais que deverão ser trazidos na aula de montagem dos gráficos:papel, canetinhas coloridas e régua.13. Fixe os gráficos de todas as equipes no quadro ou em uma parede dasala de aula e peça aos alunos que façam uma comparação entre eles.[Como os feijões foram sorteados, cada equipe pode obter um númerodiferente de coelhos homozigóticos dominantes, heterozigóticos ehomozigóticos recessivos. No entanto, os gráficos com a evolução dasfreqüências dos alelos P e p deverão ser semelhantes para todas asequipes, desde que os procedimentos tenham sido seguidos corretamente.A freqüência do alelo P deverá aumentar ao longo das gerações, enquantoa freqüência de p diminui ou até mesmo desaparece da população, umavez que os coelhos sem pêlo (pp) vão sendo eliminados pelo invernorigoroso a cada geração.]14. Incentive os alunos a construírem uma hipótese, baseando-se noresultado da atividade, sobre o que acontece com as freqüências dosgenes P e p na população de coelhos após um período de tempo (8gerações) e o que aconteceria se os coelhos pp não fossem eliminadospor seleção natural. No item “Sugestões de Avaliação”, encontram-sealgumas questões que podem nortear a discussão sobre a atividade e
  7. 7. permitem que o professor verifique o aproveitamento da turma. Atividade adaptada de: How does evolution work?. Joseph Lapiana (www.pbs.org/wgbh/evolution)
  8. 8. Utilizando os mesmos materiais e seguindo os procedimentos descritos acima, os alunos podem trabalhar com outros exemplos do papel da seleção natural na evolução de uma população. Como sugestão, vamos considerar o caso do melanismo industrial, fenômeno caracterizado pelo aumento da freqüência de indivíduos com coloração escura em regiões industrializadas. Uma população de insetos que habita os arredores de uma cidade será objeto de análise da atividade. Explique que os feijões correspondem aos alelos do gene para pigmentação do corpo, sendo que os feijões brancos representam o alelo recessivo (c), que determina a condição “coloração clara”, enquanto os feijões coloridos (marrons ou pretos) representam o alelo dominante do mesmo gene (C), que determina “coloração escura”. Assim, insetos portadores do genótipo CC ou Cc apresentam coloração escura e os insetos homozigóticos recessivos (cc) apresentam coloração clara. Todos os feijões (50 de cada cor) devem ser colocados no saco de papel, que representa o habitat dessa população de insetos. Os procedimentos aVARIAÇÕES serem seguidos são os mesmos descritos anteriormente. O fator de & seleção natural para essa situação, porém, é outro. Na ausência deSUGESTÕES poluição do ar, liquens recobrem os troncos das árvores, dando-lhes uma coloração clara. Nessas condições, ao pousar sobre os troncos cobertos por liquens, os insetos claros não ficam tão visíveis quanto os insetos escuros, que se tornam presas fáceis de seus predadores – os pássaros. Em cidades altamente industrializadas, a fuligem lançada ao ar provoca a morte dos liquens e deixa os troncos das árvores escurecidos. Assim, insetos claros tornam-se mais visíveis que os escuros e são mais predados pelos pássaros. A coloração dos troncos das árvores é o fator que pode determinar qual tipo de inseto – claro ou escuro – será mais freqüente na população. Organize a classe de maneira que algumas equipes analisem o comportamento da população de insetos quando exposta a árvores de troncos claros, enquanto outras equipes analisam o que acontece se as árvores possuírem troncos escuros. As equipes que estiverem trabalhando com o ambiente despoluído, onde os troncos das árvores são cobertos de liquens de coloração clara, deverão eliminar a cada geração cerca de 80%
  9. 9. dos insetos escuros e observar que, ao longo d gerações, o número asdeles vai sendo reduzido e por isso o alelo Dominante C tem suafreqüência reduzida.As equipes que estiverem trabalhando com o ambiente industrializado,onde a poluição do ar deixa os troncos das árvores expostos eescurecidos, deverão proceder de modo que elimine cerca de 80% dosinsetos claros e com isso obter resultado diferente: os insetos clarosdiminuirão de número e a freqüência do alelo recessivo c diminui. Ao finalda atividade, as equipes devem comparar seus resultados e elaborar suasconclusões.Nessa variação para a atividade, optou-se por não eliminar todos osindivíduos desfavorecidos pela seleção natural a cada geração, como noexemplo dos coelhos. Naquele caso, o inverno rigoroso e o tempo maiorpara se atingir a maturidade sexual certamente matariam todos oscoelhos pelados. Mas no caso dos insetos alguns indivíduos poderiamescapar da ação predatória dos pássaros mesmo estando em“desvantagem” e atingir a idade reprodutiva. O número de 80% nãocorresponde ao que ocorre na realidade, devendo ser deixado claro queisso é uma estimativa para a realização da atividade e que nem sempre amesma porcentagem ocorre a cada geração.OBS.: É necessário lembrar que novamente estamos trabalhando comuma situação hipotética, que n poderia ser observada na natureza. O ãocaso do melanismo industrial foi observado em regiões industrializadas dediversos países, mas as mudanças nas freqüências gênicas de umapopulação não ocorrem de maneira tão rápida, logo após algumasgerações. Nessa atividade, consideramos que cada geração de insetos éresultado de cruzamentos apenas entre os indivíduos da geração anteriore que de cada cruzamento nasce apenas um descendente. Além disso,como o objetivo da atividade é a compreensão do mecanismo de seleçãonatural sobre um conjunto de genes, outros fatores que podem influenciara freqüência de alelos em uma população, como a migração de indivíduose a oscilação genética, não foram considerados. Isso tudo, no entanto,pode ser discutido com os alunos ao término da atividade.
  10. 10. SUGESTÕES PARA Veja questões para discussão da atividade no anexo 2 e o gabarito no AVALIAÇÃO anexo 3.
  11. 11. ANEXO 1 Ficha de atividadeNome: ____________________________________________________ Data: ____________ COMO A SELEÇÃO NATURAL AFETA O CONJUNTO DE GENES DE UMA POPULAÇÃO ?INTRODUÇÃO: Nessa atividade, você poderá observar os efeitos da seleção natural em uma pequenapopulação ao longo de algumas gerações. Vamos imaginar uma população fictícia de coelhos selvagensque habita um bosque localizado na Europa, onde as condições climáticas correspondem às da zonatemperada: inverno rigoroso e verão com temperaturas amenas. Várias características que aparecem napopulação podem comprometer a sobrevivência dos indivíduos portadores. Um exemplo é o de coelhosque nascem sem pêlos recobrindo o corpo. Como objetivo desta atividade, você vai descobrir por que oscoelhos sem pêlos são tão raros nessa população.Vamos considerar a característica “presença ou ausência de pêlo” determinada por um par de alelos. Oalelo dominante será representado por P e o alelo recessivo por p. Coelhos que recebem de seus paisdois alelos P ou um P e um p nascem com pelagem normal, enquanto os coelhos que herdam doisalelos p nascem sem pêlos.OBS.: Todos os dados dessa atividade são fictícios e muitas simplificações foram feitas para que vocêpossa compreender o efeito da seleção natural sobre os genes de uma população. Consideramos quecada geração de coelhos é resultado de cruzamentos apenas entre os coelhos da geração anterior e quede cada cruzamento nasce apenas um descendente. Na natureza o mesmo casal poderia procriar muitasvezes e ter mais de um filhote por gestação. Poderia também haver cruzamentos entre coelhos degerações diferentes e migração de indivíduos.PROCEDIMENTOS: Siga as instruções do(a) professor(a) e complete a tabela abaixo. FAZER ESSAS ANOTAÇÕES APÓS O “INVERNO” Nº de Nº de Nº de Nº de Nº de Nº total de Freqüência Freqüência GERAÇÃO indivíduos indivíduos indivíduos alelos P alelos p alelos do alelo P do alelo p PP Pp pp 1 2 3 4 5 6 7 8Construa um gráfico que mostre a variação das freqüências dos alelos P e p na população de coelhosadultos que sobreviveram ao inverno rigoroso ao longo das gerações. Coloque as gerações de 1 a 8 noeixo horizontal e as freqüências calculadas no eixo vertical. As freqüências dos alelos P e p podem sercolocadas no mesmo gráfico, utilizando-se cores diferentes para marcar cada uma .
  12. 12. ANEXO 2Questões para discussão da atividadeA) O que aconteceu com as freqüências dos alelos P e p na população coelhos ao longo de 8gerações? O que justifica esse resultado?B) Os resultados obtidos por sua equipe são semelhantes aos resultados dos outros grupos? Senão, por que eles são diferentes?C) “Em uma população em que os cruzamentos ocorrem ao acaso e sobre a qual não háatuação de fatores evolutivos, as freqüências dos genes permanecem constantes ao longo dasgerações” (cientistas Hardy e Weinberg, 1908). Essa afirmação está de acordo com o que foiobservado pela sua equipe na atividade? Justifique sua resposta.D) Imagine a seguinte situação: uma pessoa que mora perto do bosque resolveu proteger oscoelhos sem pêlos (pp) durante o inverno, abrigando-os do frio e dando -lhes comida. Apesarde alguns coelhos terem morrido, a maioria conseguiu sobreviver e atingir a idade adulta, eforam liberados no bosque novamente quando chegou a primavera. O que aconteceria com asfreqüências dos alelos P e p na população de coelhos nessa nova situação?E) No habitat natural, ocorrem migrações de indivíduos dentro de uma população. Assim,coelhos poderiam deixar a área do bosque (emigração), enquanto coelhos vindos de outraspopulações poderiam se unir ao grupo (imigração). As migrações não aconteceriam durante oinverno, quando as condições climáticas e a escassez de alimento dificultariam o deslocamentodos coelhos. De que forma as migrações de coelhos poderiam influenciar a freqüência dosalelos P e p na população?F) Charles Darwin, cientista que propôs a teoria da evolução por seleção natural, dizia queevolução significa “descendência com modificação”, mas não conhecia os mecanismos deherança. Baseando-se no que você aprendeu com essa atividade, dê uma definição deevolução que complemente a definição de Darwin.
  13. 13. ANEXO 3Gabarito das questões para discussãoA) A freqüência do alelo P aumenta ao longo das gerações, enquanto a freqüência de pdiminui, uma vez que os coelhos pp (sem pêlo) vão sendo eliminados a cada geração porseleção natural (inverno rigoroso).OBS.: Muitas simplificações foram feitas para possibilitar a realização da atividade. Narealidade, o mesmo casal de coelhos pode procriar muitas vezes, mantendo seus genes napopulação. Nessa atividade, consideramos que cada geração de coelhos é resultado decruzamentos apenas entre os coelhos da geração anterior. Por esse motivo, a freqüência dogene p decresce rapidamente, o que não poderia ser observado na natureza.B) Todas as equipes devem obter o resultado descrito acima. Como os “cruzamentos entre oscoelhos” foram feitos ao acaso, pode haver pequenas variações nos valores das freqüênciasobtidas – alguns grupos poderão observar o desaparecimento do alelo p na população antes dese chegar à 8ª geração, enquanto outros ainda poderão observar o alelo p em uns poucosindivíduos heterozigotos ao final da simulação.C) A observação de Hardy e Weinberg não é verdadeira para a simulação feita na atividadeporque havia um fator evolutivo atuando sobre a população de coelhos: a seleção natural. Se oinverno rigoroso não acabasse com os coelhos sem pêlos, eles poderiam atingir a idade adulta,se reproduzir e transmitir seus genes p às futuras gerações – nesse caso, o princípio de Hardye W einberg seria verdadeiro.OBS.: Em situações naturais, além de existirem fatores evolutivos atuando sobre aspopulações, os cruzamentos podem não ser ao acaso – as fêmeas podem ter preferências pordeterminadas características na hora de escolher um macho.D) O alelo p não teria sua freqüência drasticamente diminuída na próxima geração, poisexistiriam coelhos sem pêlos para transmitir esse gene aos descendentes. No entanto, serianecessário que a pessoa protegesse os coelhos pelados durante todos os inve rnos, senão asituação hipotética voltaria a ser conforme observamos na atividade.E) A emigração e a imigração de coelhos para o bosque poderiam alterar a freqüência dosalelos P e p na população. Imagine que todos os anos um grupo de coelhos se junte àpopulação original e que a maioria dos indivíduos seja, por acaso, heterozigótica para apresença de pêlos (Pp). Esses coelhos possuem condições de sobreviver ao inverno e podemmanter o alelo p na população por mais tempo. Podemos também imaginar um grupo decoelhos que deixa o bosque, onde a maioria dos indivíduos é, por acaso, homozigóticodominante. Até a chegada do inverno, a freqüência do alelo P ficaria reduzida na população decoelhos do bosque.F) A evolução pode ser definida como mudança na freqüência de determinados genes dentrode uma população ao longo das gerações. Determinados genótipos podem se tornar maisfreqüentes que outros como resultado da seleção natural, sendo que alguns alelos de um genepodem até desaparecer da população. Alguns fenótipos podem se tornar mais comuns entre osindivíduos da população, enquanto outros vão sendo excluídos ou se tornando uma raridade,devido à seleção natural.

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