Studi Trent. Sci. Nat., 84 (2009): 43-51
© Museo Tridentino di Scienze Naturali, Trento 2009
ISSN 2035-7699
Diversità delle comunità macrobentoniche e qualità ambientale delle sorgenti dei
Monti della Laga (Parco Nazionale Gran Sasso – Laga, Appennino centrale)
Antonio DI SABATINO*, Piero BRUNI, Francesco Paolo MICCOLI, Marco GIUSTINI, Patrizia VIGNINI,
Giorgia TIMPERI & Bruno CICOLANI
Dipartimento di Scienze Ambientali, Università degli Studi di L’Aquila, Via Vetoio 67010 Coppito, L’Aquila, Italia
*
E-mail dell’autore per corrispondenza: [email protected]
RIASSUNTO - Diversità delle comunità macrobentoniche e qualità ambientale delle sorgenti dei Monti della Laga
(Parco Nazionale Gran Sasso – Laga, Appennino centrale) - La ricerca intende fornire nuovi dati sulla biodiversità e
qualità ambientale delle sorgenti dell’Appennino centrale. L’indagine ha riguardato 59 sorgenti localizzate sui Monti
della Laga, il più importante massiccio arenaceo-marnoso dell’Appennino. Le sorgenti sono poste a media-elevata
altitudine e sottoposte a differenti livelli di disturbo, sia naturale che antropico. I campionamenti hanno considerato
sia la componente biologica (macroinvertebrati) sia i principali parametri ambientali. In totale, sono stati raccolti più
di 8000 individui appartenenti a 104 taxa. L’influenza dei principali fattori ambientali sulla composizione strutturale
e sulla diversità delle comunità crenobie è stata valutata con l’ausilio di metodi statistici multivariati (cluster analysis,
PCA, CCA). Variazioni di portata, intermittenza, captazioni, pascolo eccessivo sembrano determinare una notevole
banalizzazione della comunità con la scomparsa degli organismi più sensibili (Plecotteri e crenobionti dei gruppi
Tricotteri e Acari acquatici) che, al contrario, dominano nelle sorgenti con elevati livelli di naturalità. La biodiversità
delle sorgenti della Laga è stata infine confrontata con quella relativa ad ambienti analoghi di altre aree geografiche
italiane.
SUMMARY - Macroinvertebrate diversity and environmental quality of Monti della Laga springs (Gran Sasso – Laga
National Park, Central Apennines, Italy) - The aim of the paper is to evaluate the biodiversity and environmental quality of mountain springs in central Apennines (Monti della Laga). In all, 59 small springs from siliceous substrata were
investigated. The springs, located at median-high altitude, were under different natural and anthropogenic impacts.
For each spring, the main geographical, morphological and physico-chemical parameters were recorded. Biological
attributes of springs were assessed by analyzing structure and composition of macroinvertebrate communities. More
than 8000 individuals have been sampled and 104 taxa identified. Multivariate analysis (cluster analysis, PCA, CCA)
was applied in order to detect the influence of environmental variables on the structure and diversity of spring communities. Temperature, altitude and substrate heterogeneity resulted the most important variables. Natural springs are
characterized by the presence of a high number of Plecoptera, Trichoptera and water mite (Hydrachnidia) species;
in springs affected by human disturbance (pasture, water abstraction, alteration of spring source), these groups are
replaced by unspecialized and more tolerant taxa. The biodiversity of the springs investigated was compared with that
recorded from other geographic areas in Italy.
Parole chiave: Macroinvertebrati, biodiversità, sorgenti, qualità ambientale, Monti della Laga, Appennino centrale
Key words: Macroinvertebrates, biodiversity, springs, environmental quality, Monti della Laga, central Apennines
1.
INTRODUZIONE
Le sorgenti, oltre che rivestire un ruolo importantissimo per l’economia umana rappresentando la maggiore fonte di approvvigionamento idrico a scopo potabile, possiedono delle caratteristiche ecologiche peculiari, in parte non ancora del tutto chiarite, tali da definire questi ambienti veri e propri scrigni di biodiversità (Williams & Williams 1998). Possono infatti con-
tenere fino a un terzo del numero di specie totali rinvenute in tutti gli habitat di acqua dolce di una intera
regione, tra cui numerose specie altamente specializzate, endemiche e relitte (Botosaneanu 1995; Di Sabatino et al. 2003). Le sorgenti sono state indicate come ottimi laboratori naturali per poter saggiare la risposta della componente biologica (struttura e dinamica delle popolazioni, cicli biologici delle specie, interazioni biocenotiche) in condizioni abiotiche relativa-
44
Di Sabatino et al.
Biodiversità e qualità ambientale delle sorgenti dei Monti della Laga
mente stabili (Odum 1971), e il loro studio ha segnato il passo rispetto alle ricerche condotte in altri ambienti di acqua dolce; tuttavia solo negli ultimi anni la
loro analisi sta vivendo un periodo di rinnovato interesse (Ferrington 1995; Cicolani et al. 1996; Hinterlang & Lischewski 1996; Botosaneanu 1998; Cantonati et al. 2006; Cantonati et al. 2007). Queste ricerche, oltre ad evidenziare l’estrema importanza faunistica, ecologica e zoogeografica delle sorgenti, hanno
anche sottolineato la necessità di azioni di tutela e misure gestionali atte a preservare l’integrità e la funzionalità dei sistemi sorgentizi (Cicolani 1991; Barquin
& Scarsbrook 2008).
Scopo del presente lavoro è stato quello di condurre
un’indagine approfondita sulla diversità delle comunità macrobentoniche, sulle caratteristiche ecologiche e
sulla qualità ambientale dei sistemi crenobi dei Monti della Laga. Lo studio è parte di un ampio progetto
di ricerca mirato a caratterizzare la biodiversità delle
sorgenti italiane.
2. AREA DI STUDIO E METODI
L’area di studio comprende la catena dei Monti della Laga che si sviluppa per circa 24 km e si estende
su di una superficie di circa 535 km2, nella parte nordoccidentale della Regione Abruzzo (Fig. 1). Il gruppo
montuoso rappresenta il più importante rilievo arenaceo-marnoso degli Appennini e funge da congiunzione tra le realtà carbonatiche dei Monti Sibillini a nord
e il Massiccio del Gran Sasso a sud. La natura imper-
Fig. 1 - Area di studio.
Fig. 1 - Study area.
meabile o poco permeabile delle rocce non permette
una significativa infiltrazione delle acque e il conseguente formarsi di un acquifero importante; il reticolo idrografico superficiale risulta così molto ampio e
diffuso, con presenza di numerosi corsi d’acqua, sorgenti e cascate.
La campagna di campionamento ha abbracciato un
arco temporale di circa due anni, da settembre 2002 fino a settembre 2004. In totale, sono state campionate 59 sorgenti appartenenti a diverse tipologie e interessate da differenti livelli di disturbo (pascolo eccessivo, captazioni, costruzione di abbeveratoi). In base
all’intensità del disturbo, le sorgenti sono state classificate in 6 gruppi con valori di naturalità crescenti da
1 (ambienti fortemente impattati) a 6 (ambienti naturali e caratterizzati dalla completa assenza di disturbo).
I siti indagati sono stati georeferenziati mediante GPS
(Garmin GPS III Plus) e cartografate con l’ausilio del
software ArcView GIS 3.2.
Per ogni sorgente è stata compilata una scheda valutativa per la registrazione dei dati geografici, geomorfologici, idrologici e oltre 30 variabili ambientali
comprendenti gli aspetti vegetazionali, le caratteristiche del substrato e i principali parametri chimico-fisici. Il contenuto in calcio, cloruri, nitrati e durezza totale è stato analizzato in laboratorio secondo le norme
standard di riferimento (APAT 2004). Alcuni parametri (temperatura, pH, conducibilità, ossigeno disciolto) sono stati misurati direttamente sul campo con una
sonda multiparametrica YSI 556 MPS.
Il campionamento biologico è stato effettuato con
retino da macroinvertebrati modificato (Gerecke et al.
Studi Trent. Sci. Nat., 84 (2009): 43-51
2007). Gli organismi raccolti sono stati prima classificati a livello di grandi gruppi tassonomici (classi, ordini) e poi con la maggiore risoluzione tassonomica possibile (generi, specie). Le sorgenti sono state raggruppate mediante cluster analisi condotta sui dati percentuali riferiti ai grandi gruppi tassonomici (indice di distanza euclidea e metodo UPGMA) e poi ordinate sulla
base dei valori di abbondanza assoluta (trasformazione log x+1) sempre riferita ai grandi gruppi, mediante
analisi delle componenti principali (PCA).
Al fine di chiarire quali fossero le variabili ambientali più importanti nel definire la composizione delle comunità, l’analisi canonica delle corrispondenze
(CCA) è stata applicata ad un campione di 38 sorgenti. Il campione era descritto da una matrice di 22 variabili ambientali e una seconda matrice di dati biologici riferita alla presenza dei 40 taxa più abbondanti e
più frequenti (sono stati esclusi dall’analisi i taxa con
abbondanza totale inferiore a 10 individui e rinvenuti in meno di 3 sorgenti). È stata fatta una prima selezione delle variabili più significative sulla base di una
forward selection e successivo test statistico (Monte
Carlo permutation test, n= 499). Sono state quindi incluse nell’analisi le 9 variabili più importanti: altitudine, temperatura, pH, ossigeno, detrito vegetale, muschi, sabbia e limo, pietre, massi.
La biodiversità è stata valutata considerando la ricchezza in specie e la diversità tassonomica (taxonomic
distinctness) degli Acari acquatici. Questi organismi,
grazie alla loro elevata specializzazione ecologica (alto numero di specie crenobionti) e alla capacità di colonizzare le sorgenti con un numero elevato di specie
e di individui, risultano particolarmente idonei per studi sulla biodiversità e qualità ambientale delle sorgenti
(Di Sabatino et al. 2003; Cicolani et al. 2005; Cantonati et al. 2006; Gerecke & Di Sabatino 2007).
La diversità tassonomica è stata misurata applicando
gli indici di Clarke & Warwick (1998, 1999, 2001). In
particolare, è stato utilizzato l’indice Average Taxonomic Distinctness o Δ+, calcolato in base alla formula
(1)
Δ+(avTD) = [ΣΣijωij]/[s(s-1)/2]
dove: ωij è il peso assegnato alla presunta distanza (path
length) che lega le specie i e j nella classificazione tassonomica del gruppo in questione e s è il numero di
specie totali. L’indice può essere inteso come una misura media della distanza tassonomica che lega due specie scelte a caso nel campione. Per l’attribuzione dei
pesi sono state considerate 5 categorie tassonomiche
(specie, genere, famiglia, superfamiglia, sottordine); a
ogni categoria è stato attribuito un peso normalizzato
a 100 (ad esempio, specie appartenenti allo stesso ge-
45
nere = 25; specie appartenenti alla stessa famiglia, ma
di generi diversi = 50; e così via). I valori sono stati
confrontati con quelli registrati in altre aree geografiche italiane (Di Sabatino et al. 2003) mediante un test
statistico che permette di confrontare i dati osservati
(diversità locale) con quelli relativi ad una distribuzione casuale del pool di specie che definisce la diversità
regionale. A tale scopo sono state effettuate 999 permutazioni di nx specie alla volta (5, 10, 15,…), scelte a caso dalla lista di specie totali che popolano tutte
le sorgenti italiane (nt = 163). I risultati sono stati graficati mediante un funnel di confidenza (media e limiti fiduciali al 95%) a cui sono stati sovrimposti i valori calcolati in ogni singola area.
I calcoli sono stati effettuati con l’ausilio dei software Canoco 5.1 (Teer Brak & Smilauer 2001) e Primer 5.1 (Clarke & Goorley 2001).
3. RISULTATI E DISCUSSIONE
Le sorgenti indagate sono poste a quote medio-alte
e presentano un range altitudinale che varia da 528 m
s.l.m. a 1933 m s.l.m. (media 1294,88±268,65 m s.l.m.).
La maggior parte di esse è di piccole dimensioni con
una superficie compresa tra un minimo di 0,01 m2 e un
massimo di 40 m2 (media 4,79±7,85 m2), e portate che
vanno da un minimo di 0,7 l min-1 a un massimo di 150
l min-1 (media di 12,31±21,37 l min-1).
Le temperature sono comprese tra 2 e 14,8 °C (media 8,72±3,00 °C); il pH varia tra 5 e 9 attestandosi, nella maggior parte dei casi, intorno alla neutralità (media di 7,43±0,67). Le acque risultano non ricchissime in ioni minerali (conducibilità media di 400
μS cm-1) e moderatamente ossigenate (media intorno
a 10 mg l-1 di O2).
Complessivamente sono stati raccolti 8612 individui
appartenenti a 104 taxa e 14 gruppi tassonomici principali (Fig. 2). Il numero medio di individui campionati è stato di 148±172, con un numero medio di taxa
per sorgente di 16±7.
Il gruppo tassonomico più abbondante è risultato essere quello dei Chironomidi, con il 29% del totale degli individui raccolti, seguito dai Plecotteri (16%), Ditteri (13%), Gasteropodi (9%) e Acari acquatici (8%).
Percentuali trascurabili caratterizzano Odonati ed Efemerotteri, a conferma della loro scarsa capacità di colonizzare gli ambienti sorgivi (Crema et al. 1996; Gerecke et al. 1998).
Una prima classificazione delle sorgenti in relazione alla composizione percentuale delle comunità
definite esclusivamente dai grandi gruppi tassonomici (Fig. 3) mostra chiaramente la presenza di 5 gruppi
Di Sabatino et al.
Biodiversità e qualità ambientale delle sorgenti dei Monti della Laga
Altri
Abbondanza percentuale
46
Fig. 2 - Abbondanze percentuali dei principali gruppi tassonomici rinvenuti sulle sorgenti dei Monti della Laga.
Fig. 2 - Relative abundances of invertebrate taxa globally collected on the Monti della Laga springs.
2
2b
1
2a
1c
1b
1a
Fig. 3 - Classificazione delle sorgenti della Laga in base alla composizione percentuale dei principali gruppi tassonomici.
Fig. 3 - Classification of Monti della Laga springs based on relative abundances of invertebrate taxa.
distinti e di uno sciame eterogeneo poco affine a questi. Le sorgenti caratterizzate da migliore qualità ambientale (assenza di impatti rilevanti, numero elevato
di taxa e di crenobionti) sono in gran parte incluse nei
gruppi 1a, 1b e 1c. Ciò indica un diverso assetto delle comunità in relazione ad eventuali fattori di distur-
bo, che si evidenzia già a un livello di risoluzione tassonomica superiore.
Il successivo ordinamento delle sorgenti mediante analisi delle componenti principali (PCA) evidenzia che i Plecotteri, i Tricotteri e gli Acari acquatici
sono i maggiori responsabili del primo asse di ordina-
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phora (Monti); Aturus spatulifer, Piersig), da Plecotteri (Leuctra sp., Nemoura sp.), Tricotteri del genere
Allogamus e Micrasema, e dal Triclade Crenobia alpina (Dana) (Fig. 6).
Un secondo gruppo di sorgenti, sempre con buoni
valori di qualità ambientale, si colloca sulla parte inferiore del grafico (valori negativi sul secondo asse). Questi ambienti, posti ad altitudini inferiori, hanno valori
di temperatura leggermente superiori e substrato definito, in massima parte, dalla presenza di massi e pietre
incrostate da muschi. Taxa caratterizzanti risultano il
Plecottero Protonemura ausonia (Consiglio), gli Acari Sperchon thienemanni Koenike e Protzia squamosa
paucipora (Viets), i gasteropodi del genere Bithynella
e i ditteri Stratiomidae.
Il terzo gruppo di sorgenti, con valori positivi sia
per il primo che per il secondo asse (parte superiore
destra del diagramma), è caratterizzato da quote basse, temperature elevate, substrato fine ed è dominato
dal detrito vegetale. Questi ambienti risultano sottoposti a maggiore disturbo (pascolo e captazioni) e i taxa
più rappresentativi, molto tolleranti e ad ampia valenza ecologica (Dixidae, Helodidae, Pisidium, Microvelia), confermano questa situazione.
La CCA prova, quindi, il ruolo di Plecotteri, Tricot-
0.8
mento, mentre il secondo asse è principalmente definito dai Gasteropodi e, in misura minore, dai Coleotteri e da altri Ditteri (Fig. 4). Anche in questo caso, le
sorgenti con scores positivi sul primo asse risultano
essere quelle meno impattate e con maggiori caratteristiche di naturalità.
L’analisi diretta del gradiente (CCA), condotta sulle
matrici dei dati ambientali e biologici, indica un primo
asse di ordinamento essenzialmente definito dalle variabili temperatura e altitudine (inversamente correlate), mentre il secondo asse individua un gradiente relativo alla composizione ed eterogeneità del substrato (Fig. 5). Altri studi che hanno utilizzato l’approccio multivariato hanno messo in evidenza l’importanza di temperatura e substrato e la scarsa influenza dei
parametri chimici sulla composizione delle comunità
e sulla distribuzione dei taxa (Lindegaard et al. 1998;
Zollhöfer et al. 2000; Fumetti et al. 2006).
Se si analizzano i due grafici di ordinamento della
CCA, si nota come un primo gruppo di sorgenti, con
valori negativi sul primo asse (bassa temperatura, elevata altitudine e substrato eterogeneo) e elevata qualità
ambientale (Fig. 5), risulta caratterizzato dalla presenza di alcune specie di Acari (Lebertia zschokkei, Koenike; Partnunia pirata, Gerecke; Hydrovolzia placo-
47
-1.0
1.0
-0.8
Fig. 4 - PCA di ordinamento
delle sorgenti della Laga in base
alla composizione e abbondanza
[trasformazione log (x+1)] dei
principali gruppi tassonomici.
I simboli rappresentano valori
di naturalità crescenti da 1 (ambienti fortemente impattati) a 6
(completa assenza di disturbo)
 = 1;  = 2;  = 3;  = 4;
= 5;  = 6.
Fig. 4 - PCA ordination biplot of
Monti della Laga springs based
on composition and abundance
[log (x+1) transformed] of the
main invertebrate groups. Symbols represent degree of human
disturbance ranging from 1
(heavy impacted sites) to 6 (pristine springs)  = 1;  = 2;  =
3;  = 4;  = 5;  = 6.
Di Sabatino et al.
Biodiversità e qualità ambientale delle sorgenti dei Monti della Laga
1.0
48
- 1.0
Fig. 5 - CCA, biplot di ordinamento di 38 sorgenti dei
Monti della Laga. Le frecce
rappresentano le variabili ambientali; i simboli rappresentano i siti campionati. Per la
spiegazione dei simboli si veda
la figura 4.
Fig. 5 - CCA ordination biplot
of sites and environmental
variables. Data from 38 Monti
della Laga springs. Arrows
represent environmental variables; symbols are as in figure
4 and represent spring sites.
1.0
0.6
- 1.0
- 1.0
Fig. 6 - CCA, biplot di ordinamento di 38 sorgenti dei Monti
della Laga. Le frecce rappresentano le variabili ambientali;
i simboli rappresentano i vari
taxa di invertebrati.
Fig. 6 - CCA ordination biplot
of taxa and environmental
variables. Data from 38 Monti
della Laga springs. Arrows
represent environmental variables; symbols represent
invertebrate taxa.
- 0.8
0.8
Studi Trent. Sci. Nat., 84 (2009): 43-51
49
80
75
Diversità tassonomica
Fig. 7 - “Funnel” di confidenza della
diversità tassonomica (taxonomic
distinctness ∆+) degli acari acquatici nelle sorgenti italiane. La linea
tratteggiata indica la media, le linee
continue i limiti fiduciali al 95%.
Al grafico sono stati sovrimposti i
valori ∆+ osservati nelle sorgenti di
sei aree geografiche italiane. Si veda
il testo per ulteriori dettagli.
Fig. 7 - “Confidence funnel” of the
taxonomic distinctness (∆+) of water
mite assemblages in Italian springs.
Mean (dotted line) and 95% confidence interval (continuous lines)
are reported, with superimposed ∆+
values from six geographic areas in
Italy. See text for further explanations.
Gran Sasso
M. Laga
70
Sicilia
Sardegna
Alpi
Calabria
65
60
0
teri e Acari acquatici come ottimi descrittori dello stato di naturalità dei sistemi indagati e suggerisce un loro possibile utilizzo per la definizione di un indice biologico di qualità ambientale specifico per le sorgenti.
Tali considerazioni saranno approfondite in una prossima pubblicazione.
La biodiversità delle sorgenti della Laga è stata valutata considerando la ricchezza in specie e la diversità tassonomica degli Acari acquatici. I valori osservati sono stati confrontati con quelli relativi a sistemi
sorgentizi di altre aree geografiche italiane (Di Sabatino et al. 2003).
Il maggior numero di specie è stato rinvenuto nelle
sorgenti della Sicilia (dove, è bene ricordare, lo sforzo di campionamento è stato maggiore) e, a seguire,
sulle Alpi e sul Gran Sasso (Tab. 1). Il numero di ambienti indagati sulla Laga è comparabile a quello del
Gran Sasso, Calabria e Sardegna, dove però il numero
di specie risulta più basso.
Occorre notare come il valore dell’indice di diversità tassonomica (∆+) non risente dello sforzo di campionamento, né sembra correlato al numero di specie
presenti in ogni area. Ciò ribadisce la validità dell’indice per confronti tra serie di dati non omogenei. I valori più elevati si sono registrati per le sorgenti della
Sicilia e del Gran Sasso, mentre valori inferiori contraddistinguono le sorgenti alpine e calabro-lucane. È
interessante notare come sulla Laga l’indice risulti abbastanza elevato (quasi uguale a quello della Sicilia e
leggermente superiore rispetto al Gran Sasso), nonostante la ricchezza specifica sia solo un terzo di quella
registrata per le altre due aree di riferimento.
50
100
150
Numero di specie
Il confronto statistico, assumendo l’ipotesi nulla di
completa casualità della distribuzione di tutte le specie presenti sulle sorgenti italiane, mette in evidenza
che i sistemi crenobi della Laga, Gran Sasso, Sicilia e
Sardegna ricadono tutti all’interno del limite di confidenza e sono, quindi, ben rappresentativi di una realtà più generale che caratterizza la struttura tassonomica della comunità ad Acari acquatici delle sorgenti italiane. Le Alpi e, marginalmente, la Calabria sembrano
possedere valori inferiori di dispersione della diversità
tassonomica e quindi valori di biodiversità non comparabili con le sorgenti delle altre aree.
4. CONCLUSIONI
Le sorgenti della Laga sono caratterizzate da elevata instabilità dovuta, essenzialmente, alle caratteristiche del substrato geologico (acquifero poco profondo,
limitata estensione, portate esigue con notevole variabilità stagionale). I sistemi studiati, interessati da differenti livelli di disturbo (pascolo eccessivo, calpestio, captazioni), sono risultati molto fragili e vulnerabili. Ciononostante, gli ambienti che ancora conservano un buon livello di naturalità hanno evidenziato valori di biodiversità simili se non superiori alle sorgenti
del Gran Sasso e di altre aree geografiche.
L’analisi multivariata dei dati biologici e ambientali ha permesso di identificare gruppi di sorgenti caratterizzati da un diverso assetto strutturale delle comunità che, spesso, è risultato associato al grado di naturalità delle sorgenti stesse. Sono stati individuati al-
50
Di Sabatino et al.
Biodiversità e qualità ambientale delle sorgenti dei Monti della Laga
Tab. 1 - Numero di sorgenti investigate, ricchezza in specie e taxonomic distinctness (∆+) degli Acari acquatici in sei aree
geografiche italiane.
Tab. 1 - Number of spring investigated, species richness and taxonomic distinctness (∆+) of water mite assemblages in four
sectors of continental Italy and two major islands.
n° di sorgenti
n° di specie
∆+
Alpi
95
69
70,1
Gran Sasso
37
61
71,6
Monti della Laga
59
21
71,5
Calabria
48
34
69,8
Sicilia
120
77
71,6
Sardegna
29
33
71,2
Area geografica
cuni gruppi focali (Plecotteri, Tricotteri, Acari acquatici) la cui presenza/assenza può essere utilizzata per
esprimere un giudizio sintetico di qualità ambientale. Altitudine, temperatura, composizione ed eterogeneità del substrato sono risultati i parametri ambientali più significativi nel descrivere la distribuzione differenziale dei taxa.
Lo studio permette di arricchire le conoscenze faunistiche, ecologiche e zoogeografiche dei sistemi sorgentizi in Appennino centrale e fornisce un ulteriore
contributo alla valutazione della biodiversità delle acque interne italiane.
RINGRAZIAMENTI
La ricerca è stata finanziata dal Ministero dell’Ambiente (PR 4.38/UAQ).
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