Segunda Lei da Termodinâmica e o Criacionismo
Uma panorâmica do pseudo-argumento dos criacionistas sobre a entropia
Neste artigo, transferimos uma série de observações que seriam postadas em nosso blog, e acrescentamos referências e explicações sobre diversas questões de Termodinâmica relacionadas à vida e seu processo evolutivo.
A típica argumentação criacionista
“O universo caminha de níveis organizados para níveis cada vez mais desorganizados”
Dentro do criacionismo esta lei é aceita porque propõe que Deus criou um mundo perfeito, entretanto, o pecado ao se instalar no mundo iniciou um processo de destruição, desorganização das espécies, isto torna o criacionismo aceito dentro da lei da termodinâmica, enquanto o evolocionismo não pode ser aceito porque diz que o universo caminha de níveis desorganizados para níveis organizados.
Histórico
Consta, pelo The TalkOrigins Archive que a idéia errônea de que entropia da termodinâmica seja o mesmo de desordem foi primeiro divulgada por Duane T.Gish, do Institute for Creation Research (Instituto para Pesquisa da Criação).
Tratando a questão inicialmente, e sob Física
Tendo lido no passado inúmeras vezes sobre o “argumento da segunda lei da termodinâmica”, escrevi já há anos um texto, chamado por alguns e por mim de “o postão insuportável”, que é o núcleo do que agora apresento:
A Primeira Lei da Termodinâmica é dada por:
(Variação da Energia Interna é Igual A Variação da Quantidade de Calor mais Trabalho Realizado (sobre o Sistema)
Ela é afirmada pela nossa plena confiança na Lei da Conservação da Energia da Mecânica Newtoniana, que diz:
O somatório das Energias de um Sistema é constante. (E com esta muitas vezes confundida.)
Que conjuntamente ao Princípio da Conservação das Massas de Lavoisier, conjuntamente a Teoria Geral da Relatividade, resulta:
Num sistema isolado a energia relativística (massa-energia) total é conservada, quando medida em qualquer sistema inercial dado.
A Segunda Lei da Termodinâmica é descrita por:
É impossível qualquer processo que envolva nada mais do que a transferência de calor de um corpo frio para outro quente. (Enunciado de Clausius).
Ou:
Não é possível qualquer processo no qual ocorra apenas a conversão de energia térmica de um único reservatório em trabalho macroscópico. (Enunciado de Kelvin-Planck)
Ou simples e mas grosseiramente: “Calor sempre passa de um corpo mais quente para outro mais frio.”
Agora entendamos o seguinte: A Primeira Lei é o que chamamos em Ciência de “lei”, de um “princípio universal”, ou seja, jamais foi evidenciado evento ou experimento que a contradiga, nem existe modelo físico-matemático possível apresentado que a contradiga ao menos em teoria, logo, podemos estruturar toda a Física relacionada nela, temos nela “altíssima confiança”. Eu a chamaria de “Popperianamente Absoluta”.
Já a Segunda Lei é uma tendência probabilística, ela expressa uma “certeza estatística” (uma alta tendência para que os resultados, processos, sejam estes) para eventos “multi-partículas”. Não é uma tendência geral da natureza, apenas temos confiança nela para sistemas de grande número de partículas, como a matéria normalmente se apresenta na maioria dos casos na Físico-Química, Engenharia, etc.
Mas trata-se de uma má interpretação até corrente que a segunda lei da termodinâmica indica (ou determina) que a entropia termodinâmica de um sistema jamais decresça. Como dizemos, indica só uma tendência do sistema, em outras palavras, apenas indica que é extremamente improvável que a entropia de um sistema fechado decresça em um instante (ou até período de tempo) dado.
Como a entropia da termodinâmica está relacionada ao número de configurações de mesma energia que um dado sistema pode possuir, os físicos se valem do conceito subjetivo de desordem para facilitar a compreensão da segunda lei (embora entropia da termodinâmica, como vimos, não seja essencialmente desordem). Ou seja, a segunda lei pelo que mostramos, afirma, de maneira muito genérica e grosseira, que a desordem de um sistema isolado só pode crescer ou permanecer igual.
Entendido isso, coloquemos:
Toda a vida na Terra, obedeceu, na sua “Criação” ou “Evolução” como queiram, certamente, a Primeira Lei. O somatório de todos as alimentações, mais todas as excreções, todas as respirações, todas as sínteses de componentes, todo o calor absorvido ou gerado, todas as fossilizações, todos os descendentes, quer evoluam, mutem ou se alterem, na história da terra, independentemente deste período de tempo, é constante (dentro do universo, evidentemente, pois a vida perde energia, juntamente com a Terra e o próprio sistema solar, para o espaço exterior), simplesmente isso!
Quanto a Segunda Lei podemos fazer algumas observações.
Desde o surgimento (não interessa se por “Criação” ou Biopoeise – do grego bio, vida, maispoiéo, produzir, fazer, criar), não interessando evolução. Os seres vivos, que são sistemas multi-moleculares, obrigatoriamente, e antes de tudo, toda grande molécula é multi-atômica, tenderam e tendem à Segunda Lei. Todo o calor absorvido pelos animais foi perdido para o ambiente quando este mais frio e todo o calor gerado por estes também.[2]
Obs.: Temos um problema não com o modelo Criacionista do ponto de vista biológico, mas também geológico, quando do criacionismo de “Terra Jovem”*, quando evidenciamos que o esfriamento das placas tectônicas implica necessariamente num tempo plenamente explicado pela Termodinâmica, num conceito que chamo (e não só eu) de “Inércia Térmica”, que é o conceito por trás do que seja esfriamento, mas esta abordagem é por demais extensa para este primeiro enfoque.
*Aquele que afirma que a Terra e o próprio universo tem em torno de 6000 anos.
Novamente no tema desta artigo, tentar usar Termodinâmica para “justificar” o Criacionismo é improfícuo num primeiro momento e desastroso num segundo, como em breve pretendo demonstrar.
Antes, um conselho metafórico aos Criacionistas:
Tentar usar a Termodinâmica para atacar a evolução como fato e a Teoria da Evolução, como modelo que o trata (aquilo que até erroneamente é chamado de “evolucionismo”), pode ser como tentar tirar um cisco do olho com um faca, pode não ter bom resultado…
Consequências da termodinâmica dos criacionistas para a vida (e o mundo)
Nota: Quem ler o texto a seguir, perceberá nitidamente a semelhança de partes do texto com o artigo da Wikipédia em português sobre tal tema, mas não se assustem, pois o texto da Wiki é basicamente, meu.
Tratemos como exemplo que o “fenômeno miraculoso da criação” contraria a segunda lei da termodinâmica com os exemplos cristalinos de que os ursos polares no Ártico, os pinguins e as destacadas focas de Weddell, o animal que vive mais ao extremo sul, nas mais baixas temperaturas da Terra, na Antártica, com seus correspondentes surgimentos miraculosos, com temperaturas corporais altas, com sua complexa organização a partir do “nada” em meio a um ambiente completamente frio.
Uma foca de Weddell, quente em meio ao frio, e gerando sua complexidade,
graças a liberdade que a entropia permite aos seres vivos e a ingestão de gordura,
que nasce como fonte de energia na cadeia alimentar.
Este argumento poderia ser estendido para praticamente todos os animais homeotermos, que em geral, habitam ambientes de temperaturas mais baixas que a temperatura estável de seus corpos.
Igualmente, se como alegam os criacionistas, fosse a 2a lei, não poderia ocorrer a própria vida, pois seria impossível a síntese de proteínas, sua polimerização a partir de aminoácidos (partindo de moléculas “simples”, gerando complexas), a síntese/duplicação do RNA/DNA, a produção de glicose a partir de dióxido de carbono e água, duas moléculas coincidentemente com três átomos que reagindo sob catálise produzem moléculas de 24 átomos e a consequente polimerização da glicose, seja em dextrinas, em amidos ou na longa celulose.
Também seria impossível a organização de células a partir da divisão de um óvulo fecundado, ou mesmo qualquer organização das diversas fases dos embriões.
Desenvolvimento embrionário, gerando ordem a partir de unidades simples,
sempre seguindo a segunda lei da termodinâmica, com uma certa ineficiência energética
(vivita.com.br).
Certos seres vivos, como as hidras, seriam impossíveis de se desenvolverem, pois não poderiam organizar animais completos, complexos, a partir de partes suas, simples (e notemos que todos os animais mais complexos fazem o mesmo, com variações).
Também seria impossível toda a organização de seres relativamente simples como os insetos em suas colônias, que apresentam “inteligência coletiva”, como as formigas, as abelhas e os cupins, a partir de um simples casal de um macho e a “rainha”.
Por estes mesmos exemplos, que são extensão de um raciocínio fiundamental, que a liberdade dos componentes dos seres vivos permite a complexação, a geração de ordem, igualmente poderíamos fazer afirmações similares sobre a matéria não viva (ainda que tal fronteira clara e específica, estanque, não existe), e a argumentação absurda dos criacionistas impediria a formação de cristais, a agregação dos corpos celestes e até as mais simples reações químicas, dentre as quais, os exemplos mais pueris já mostra complexidade crescente, havendo mecanismos de reações químicas** que o permita:
H2O + CO2 → H2CO3
H2O + SO2 → H2SO3
H2O + SO3 → H2SO4
Nestas reações simples duas moléculas de três ou quatro átomos formam uma mais complexa de seis ou sete e em nenhuma outra combinação a não ser sob condições extremas de energia**, logo, as moléculas podem perfeitamente tender à complexação, além de não reagirem pela aleatoriedade, e sim, por mecanismos de reação química específicos. E estes mecanismos de reação específicos são exatamente aqueles que assim como permitem a complexação no inorgânico, permitem no biológico, como apresentamos acima.
Ou ainda impossibilitaria as inúmeras polimerizações, como a do ácido adípico com a hexametilendiamina, produzindo nylon, aliás, intimamente relacionada com a síntese de proteínas, ou do ácido tereftálico e o etileno glicol, produzindo o PET de nossas garrafas de refrigerante. Aqui, como já escrevi noutro texto de meu blog Scientia Est Potentia, se eu quisesse e não considerasse um total e completo desperdício até do tempo de quem me lê, poderia jogar quase a obra clássica inteira iniciada por Fieser, já em 23 volumes nesta edição, ou o site Organic Synthesis.
E resumindo, como fiz neste mesmo texto:
Moléculas geram complexidade por si, doa ao amador em química em esperneio insano que seja.
** É de se observar que estas reações químicas acontecem na natureza em lagos em crateras vulcânicas, por exemplo, e com modificação de pressão, são reversíveis, mas só até um determinado ponto, ou concentração dos produtos, como se evidencia também numa garrafa de água mineral gaseificada com dióxido de carbono (a primeira reação) ou no ácido sulfúrico concentrado (terceira reação), que jamais a pressão ambiente é obtível a longo prazo em concentração de 100%, mas a tendência não será a plena decomposição das moléculas formadas, e sim, um estado de equilíbrio com concentrações relacionadas com cada pressão e temperatura envolvida. Portanto, exatamente por este mesmo motivo, energia (como na forma de pressão) leva moléculas à complexação.
Como somos arranjo de moléculas, é exatamente este crescendo de complexação possível que permite que um óvulo e um espermatozóide produzam um urso, uma ovelha ou um elefante, que são animais mais complexos que um ser humano, fato sempre esquecido pelos criacionistas, que consideram-se o último produto de uma termodinâmica absurda, quanto mais de uma biologia inexistente, e de geração em geração, por modificações entre as gerações, evolução, inclusive, nem sempre, com aumento de complexidade, tanto celular, quanto química.
Mas a segunda lei da termodinâmica não faz tais afirmações sobre limitações de complexação, pois a entropia termodinâmica não mede o aumento ou diminuição da complexidade dos sistemas, nem seu aumento ou diminuição de ordem. A segunda lei apenas afirma que calor não flui espontaneamente de um corpo a mais baixa temperatura para um corpo de mais alta (o ambiente gelado não aquece um urso polar), equivalentemente, que a energia que pode efetivamente ser transformada em trabalho, em um sistema fechado, nunca aumenta. O mesmo urso polar tem de consumir gordura, pois sempre perde calor para o ambiente, além de gastar energia em seu metabolismo e movimentos, e neste consumo, sempre perde um tanto de energia que não aproveita em nenhuma das atividades, pois os animais são extremamente eficientes, mas exatamente pela entropia termodinâmica, que implica em ineficiência, por mínima que seja.
O fluxo de energia a partir do Sol
Visto que o planeta Terra (assim como qualquer outro) não é um sistema fechado (e é de se observar que sistemas fechados não existem na prática), a entropia termodinâmica pode diminuir. A radiação do Sol (com baixa entropia) ilumina e aquece a Terra (com alta entropia). Desse fluxo de energia, somado as mudanças de entropia termodinâmica que o acompanha, podem e de fato permitem que a entropia diminua localmente na Terra.
A biosfera absorve fótons “quentes” do Sol e emite fótons “frios” em comprimentos de onda maiores.
O fluxo de energia e entropia do Sol é equivalente e energia e entropia totais do “circulo da vida”,
que é correspondente ao diâmetro do fluxo de fótons através do espaço,
desde a ‘superfície’ emissora do Sol.[2]
A biosfera, conjuntamente com o sol e o próprio universo compõe três subsistemas termodinâmicos.
A biosfera extrai entropia negativa no processo de extrair fótons “quentes” (uma radiação correspondente a um corpo negro a uma temperatura de 5800 K) a fótons “frios” (radiação de corpo negro a T=280 K). Este processo é responsável pela vida na terra e seus processos. Posteriormente, tal quantidade de energia continua se dissipando para o universo com sua temperatura média de 3 K.[2]
Dadas as diversas formas de vida, pode-se estabelecer uma “pirâmide da vida” de como o fluxo de energia a partir do Sol distribui-se entre os organismos, de acordo com sua fonte de alimento[2]:
A não correspondência direta entre entropia e ordem
Apesar de entropia e desordem serem muitas vezes correspondentes, nem sempre o são. Algumas vezes a ordem aumenta junto com a entropia, como mostrou o trabalho de Helim Aranda-Espinoza e outros, Electrostatic Repulsion of Positively Charged Vesicles and Negatively Charged Objects; Science 16 July 1999: Vol. 285. no. 5426, pp. 394 – 397; DOI: 10.1126/science.285.5426.394.
Neste trabalho os pesquisadores evidenciaram que uma carga positiva, misturada em um nicho (por eles tratado como “vesícula”) de duas camadas na presença de superfícies carregadas (por exemplo, partículas coloidais, aquelas extremamente divididas, microscópicas) pode espontaneamente apresentar distribuição em uma zona de adesão de área definida e outra zona que apresente repelência à objetos negativos. Embora a membrana em si tenha carga não negativa na zona repulsiva, os íons chamados counterions negativos no interior da vesícula espontaneamente agregam-se ali e apresentam uma rede de carga negativa ao exterior. Além do resultado fundamental que objetos carregados opostamente possam repelir-se, este mecanismo ajuda a explicar certos fenômenos em vesículas surfactantes.
Surfactante é todo composto ou sistema químico que causa uma caracterização entre partes polares, com moléculas dispostas com polos, como a água ou os ácidos, álcalis, ou a imensa maioria dos sais, ou como apolares, isentos de polos, a imensa maior parte dos derivados de petróleo, inúmeros plásticos e nas formas de vida os óleos, gorduras eceras vegetais, entre diversas outras substâncias, proporcionando atividade de superfície, como o dissolver de gordura em roupa suja, gordura em louça ou permitir a formação de bolhas para a mistura água e sabão, por alteração da tensão superficial, de onde também, na maior parte dos casos, são chamados também de tensoativos.
O aumento de entropia pode até produzir ordem, como ordenar moléculas por seu tamanho, incluindo o próprio DNA dos seres vivos como apresentado no trabalho de J. Han e H. G. Craighead ; Separation of Long DNA Molecules in a Microfabricated Entropic Trap Array; Science 12 May 2000: Vol. 288. no. 5468, pp. 1026 – 1029; DOI: 10.1126/science.288.5468.1026, no qual um aparato com um canal nanofluidico, consistindo de muitas armadilhas entrópicas, foi desenhado e fabricado para a separação de moléculas de DNA longas. O canal compreende constrições estreitas e regiões mais largas que causam o aprisionamento com armadilhas seletiva de tamanho DNA em cada início de constrição. Este processo cria diferenças de mobilidade eletroforética (de eletroforese, a atração de determinadas substâncias por determinadas cargas elétricas), permitindo assim separação eficiente sem o uso de uma matriz de gel ou campo elétrico pulsado. Amostras de moléculas longas de DNA (de 5000 a aproximadamente 160 mil pares de bases) foram eficientemente separadas em faixas de canais de comprimento de 15 milímetros. Neste trabalho dispositivos de canais múltiplos que operam-se paralelamente foram demonstrados em operação, com sua eficiência, densidade, e facilidade da fabricação do dispositivo sugerindo a possibilidade de sistemas de análise integrados de DNA mais eficientes.
Mesmo em um sistema considerado para efeitos práticos fechado (fortemente isolado), regiões de baixa entropia podem se formar se eles estão separados de outros locais com alta entropia no sistema, como citado na obra Biological Thermodynamics, de Donalt T. Haynie, Cambridge: Cambridge University Press (2001). ISBN 0-521-79549-4. (Páginas 319 e 320)
Nesta obra está exatamente o ponto de confusão, pouco entendimento ou simplesmente desonestidade. segunda lei da termodinâmica não afirma que todos os sistemas, todas as partículas tendam à desordem, mas que o cômputo geral da ordem, estabelecida como a energia disponível para se realizar trabalho, seja permanentemente decrescente, pois o universo é dissipativo (correlato com sua expansão). Mas as regiões que permitem que uma zebra seja mais complexa que um peixe, um peixe mais que um protozoário, e todos estes guardem ancestralidade, são perfeitamente possíveis localmente.
Ao nível microscópico ou molecular, encontram-se exemplos concretos da não correspondência direta e inquebrantável entre entropia e desordem[7][8][9]:
A comparação da entropia de gases de diferentes massas moleculares, como o hélio e o neônio, sob iguais condições físicas, por exemplo, evidenciará que as moléculas de hélio (no caso, seus átomos apresentam-se isolados, pois trata-se de um gás nobre), sendo de menor massa, apresentarão maiores velocidades, o que implicará numa “desordem” maior. Mas realmente a entropia do neônio será mais alta.
O chamado fenômeno de fases reentrantes, que é observado em diversos cristais líquidos, em materiais com propriedades de supercondução, e até em sistemas mais convencionais, como as misturas de nicotina e água.[10] Nestas misturas, entre diversas características, o diagrama temperatura–composição apresenta uma temperatura crítica de solução superior e outra inferior. Deste modo, em temperatura suficientemente elevada, uma mistura de nicotina e água forma uma fase homogênea. Com o abaixamento da temperatura, num espectro relativamente estreito de composições observa-se a separação em duas fases típicas, uma rica em água, e a outra rica em nicotina. Com a continuidade do resfriamento, a um dado ponto surgirá uma só fase homogênea. A separação destas duas fases sugere uma diminuição da “desordem”, enquanto a segunda transformação aponta para uma “ordem”. Entretanto, a entropia diminuirá continuamente ao longo de todo o processo, pois o resfriamento implica na energia ter sido continuamente retirada.
Outro exemplo é a cristalização em soluções sobressaturadas, quando é considerada uma solução sobressaturada num recipiente adiabático, onde, espontaneamente, deverá ocorrerá a deposição de cristais do soluto. Este fenômeno sugere a diminuição da “desordem”, dado que as moléculas ou íons de soluto estarão mais organizadas no cristal do que em solução. Mas sendo o sistema isolado, a entropia deverá aumentar durante o processo, como prenuncia a Segunda Lei da Termodinâmica. Esta conclusão é válidapara o caso em que a cristalização seja exotérmica e a temperatura da mistura aumente durante o processo, ou no caso em que a cristalização for endotérmica e a temperatura diminua. No caso exotérmico, o aumento da temperatura da mistura justificaria o aumento da entropia, em contrabalanço à perda associada à cristalização. Entretanto, no caso endotérmico, esse argumento não pode ser aplicado. Como exemplo: as soluções sobressaturadas de sulfato de sódio, resfriam com a formação do sal na forma sólida.
Esta argumentação de uma associação direta entre entropia termodinâmica e a ordem ou desordem de sistemas é apresentada nos textos criacionistas seguidamente associada com uma passagem de um livro de divulgação científica de Isaac Asimov, que embora didática, é um tanto infeliz ao associar diretamente o conceito de entropia da termodinâmica com o que seja a deterioração de um sistema julgado como organizado pelo ser humano:
Outra maneira de expressar a segunda lei é, “O universo está constantemente se tornando mais desordenado!” Visto dessa maneira nós podemos ver a segunda lei por toda parte sobre nós. Precisamos trabalhar duro para arrumar uma sala, mas quando a deixamos por si mesma ela se torna bagunçada outra vez muito rapidamente e muito facilmente. Mesmo se nunca entrarmos nela, ela fica empoeirada e mofada. Como é difícil manter casas, máquinas e nossos próprios corpos em perfeita ordem de funcionamento: e como é fácil deixá-los se deteriorarem. De fato, tudo que precisamos fazer é não fazer nada, e tudo se deteriora, entra em colapso, se quebra, desbota, tudo por si mesmo – e é disso tudo que a segunda lei trata.[11]
Uma graduação clara da entropia e seu comportamento no tempo pode ser estabelecido para regiões do universo e a possibilidade de lá formar-se vida e as produções humanas, como as máquinas, assim como a de outras formas de vida inteligente e produtora de tecnologia, se desenvolverem.[1]
Modelo quantitativo da produção de entropia em um universo com e sem vida,
o qual possui atividade que permite a redução da entropia localmente
(editado de layton.mem.drexel.edu).[1]
Um raciocínio similar de fonte de energia estável e duradoura, abastecendo constantemente as formas de vida presentes nos sistemas ecológicos mantidos por fontes hidrotermais submarinas, pode ser estabelecido, pela dissipação do calor geotérmico no muito mais vasto volume oceânico, não contrariando de forma alguma tanto o princípio de conservação da energia como a tendência da dissipação do calor e a entropia termodinâmica.
Vida abastecida por energia hidrotermal.
Aqui, recomendações de leitura específica:
É de se destacar que seguidamente surgem artigos de alguma qualidade com considerações de que a vida intrinsecamente contrarie a tendência entrópica, ou ainda que a vida, tenha de, para existir e se perpetuar, permanentemente opor-se à tendência entrópica, ou ainda, tenha a habilidade de fazê-la diminuir, como sua característica[5], coisas que não são, como vimos, coerentes com a própria Física. Algumas destas publicações são mal interpretadas, e possuem mais pretensão didática e informativa que fundamentar termodinamicamente em suas características e processos a vida.[6]
Observações finais
A questão se a vida se opõe a Segunda Lei, no que os físicos apelidam de “milagres termodinâmicos”, nos “nichos de reação” (vide acima o trabalho de Aranda-Espinoza), dos catalisadores da bioquímica, que são as enzimas, é terreno ainda de Bio-Física e Bio-Química (os hífens aqui são propositais), assim como da Catálise Química de “vanguarda”, e não apresenta estrutura plausível de ser considerado Teoria, sendo ainda um grande número de indagações e conjecturas.[3][4]
Mas de forma nenhuma se ou não estruturadas e confirmadas, tais abordagens abalarão a evolução como fato, nem tampouco a Teoria da Evolução como seu modelo, até porque se destinam a explicar os mecanismos de síntese das moléculas bioquímicas, jamais diretamente nas alterações nas gerações dos seres vivos.
CRIADOS OU NÃO!
Referências
Obs: Ao ser realizada a transferência dos artigos do Google Knol para o Anottum, houve a perda das referências deste artigo. Assim que possível, sua referenciação será recuperada e aprimorada. Contando com sua compreensão, grato.
Literatura recomendada
Charles Seife; Decoding the Universe: How the New Science of Information is Explaining Everything in the Cosmos, From our Brains to Black Holes; Viking: 2006. 288 pp. (Resenha na Nature)
Ver também
Leia também nosso artigo:
Modelos Matemáticos Simples em Evolução – II
O aumento da complexidade do ponto de vista de combinações possíveis
Ligações externas
* Uma interessante blogagem com uma abordagem mais formal em Termodinâmica sobre a mesma questão:
Ciência X Religião : ENTROPIA E EVOLUÇÃO: A CONFUSÃO
* Texto que trata da entropia e a vida, com uma abordagem sobre exobiologia:
Robert A. Freitas Jr.; Chapter 6. A Definition of Life; www.bibliotecapleyades.net
* Erwin Shrödinger; WHAT IS LIFE?; CHAPTER 6; Order, Disorder and Entropy; dieoff.org
* Austin Cline; Abiogenesis, the Nature of Life, and Entropy; atheism.about.com
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