氧也有毒？地球氧含量的上升竟造就了史上首次大灭绝
氧也有毒？地球氧含量的上升竟造就了史上首次大灭绝
关于地球史上的大灭绝事件，最著名的莫过于白垩纪大灭绝（即恐龙大灭绝），统治了地球上亿年的一代霸主就此推出历史舞台，消失得一干二净。一颗直径高达10千米的小行星撞击地球被认为是引起本次灾难的原因。
相比之下，导致地球史上第一次发生大灭绝的原因则显得更为有意思。你或许会很惊讶——地球氧含量的上升竟造就了史上首次大灭绝。毕竟，对于现在的地球生命来说，氧是完全不可或缺的。
那么，这究竟是怎么一回事呢？实际上，这就是地球史上著名的大氧化事件（GOE）。大约23亿年前，地球大气中的游离氧含量突然增加，随后引发了地球原有的大部分生物灭绝。虽然大量的地质、同位素以及化学证据都表明了这一事件的发生，但事件的真实原因和确切时间至今却还不太清楚清楚。地球上演化出能够进行光合作用的海藻被疑为始作俑者。
在远古的地球大气中，氧是非常稀缺的，当时地球的生物以厌氧生物为主。然而，大氧化事件打破了地球原有大气的平衡，游离氧含量的增加对专性厌氧生物来说简直就是灾难，摧毁了绝大多数的这类生物，造就了地球史上的首次大灭绝。
另外，游离氧还与会与大气中的温室气体甲烷发生反应，使其含量大大降低，进而促发了地球史上最漫长的一次冰期——休伦冰河时期（Huronian Glaciation）。这次的冰期活生生地将地球变成了一颗大雪球。
随后，地球进化出有氧生物，不断消耗大气中的氧，从而建立了新的平衡。显然，大氧化事件是地球史上的一个重要节点。虽然导致了地球原有生物的大灭绝，但却为日后的生机埋下了伏笔。
可以毫不夸张的说，大氧化事件是地球的一次大洗牌或是磐涅重生。地球生命演化史答卷；一、简述大氧化事件与生命演化的关系；大氧化事件，是指约26亿年前，大气中的游离氧气含；大氧化时间对生命演化的影响大致有以下两点；1．“大氧化事件”导致了了地球生物发展的一个重要；2.氧气的出现导致了有氧呼吸的产生，从而使得原始；可以说没有大氧化事件就没有后来的生命发展；二、简述寒武纪生命大爆发的本质，规模，发生过程及；1.本质：寒武纪化石
地球生命演化史答卷 一、 简述大氧化事件与生命演化的关系。 大氧化事件，是指约26亿年前，大气中的游离氧气含量突然增加的事件。这一事件的具体原因尚不得知，目前只有若干种假说能加以解释。不论这是什么原因造成的，不可否认的是这是地球生命进化的一个重要转折点，大氧化事件使得地球上矿物的成分发生了变化，也使得日后动物的出现成为了可能。 大氧化时间对生命演化的影响大致有以下两点。 1．“大氧化事件”导致了了地球生物发展的一个重要条件――臭氧层的出现。没有臭氧层的保护，高能的紫外辐射会对核酸和蛋白质造成巨大的破坏，难以演化为更复杂的生命。而大量氧气的出现使得大气中形成了保护地球的臭氧层，这便为海栖生物登陆发展以及演化为大量的陆生生物提供了相对可靠的安全环境。 2.氧气的出现导致了有氧呼吸的产生，从而使得原始的厌氧生物逐渐让位于好氧生物，单细胞生物由此大量出现而且得到了迅速地发展。有氧呼吸相对于无氧呼吸，优点在于有氧呼吸的能量利用效率和最终产物。有氧呼吸分解葡萄糖的产能效率大约是无氧呼吸地20倍，生命因而获得更多的能量进化和发展。另一方面，有氧呼吸的最终产物是二氧化碳和水，对生物体是无害的。而无氧呼吸的最终产物是乳酸或酒精和二氧化碳，乳酸过多会使动物出现酸中毒产生一些不良反应，酒精则会毒害植物细胞，这些最终产物都是有害的。在高级生命进化过程中也就被淘汰了！生物这种由无氧向有氧的转变为寒武纪大爆发提供了支持!
可以说没有大氧化事件就没有后来的生命发展。 二、 简述寒武纪生命大爆发的本质，规模，发生过程及其激发因素。 1.本质：寒武纪化石记录所显示的生物类群之间的分异及其现生代表的分子进化速率从不同的角度表明，所谓的“寒武纪爆发”只是化石记录的自然属性、生物矿化作用以及生物体制结构多样化的表现而已，而绝非是门一级乃至纲一级生物类群谱系发生的反映。 2.规模：寒武纪生命大爆发的规模十分大。时间跨度约2000多万年，覆盖范围几乎波动全球，涉及到的物种包含节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等等一系列与现代动物形态基本相同的各种各样的动物。 3.发生过程：在距今约5.3亿年前一个被称为寒武纪的地质历史时期，地球上在2000多万年时间内出现了突然涌现出各种各样的动物，它们不约而同的迅速起源、立即出现。节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等等一系列与现代动物形态基本相同的动物在地球上来了个“集体亮相”，形成了多种门类动物同时存在的繁荣景象。 4.激发因素：关于寒武纪生命大爆发的发生原因目前得到较多认同的观点是Berkner和Marshall(1964)提出“含氧量变异说”。该学说认为大气中的氧气含量是主导寒武纪大爆发最重要的一个因素。持这种观点的人认为，在大约20亿年前，由于进行光合作用的蓝藻的出现，导致水圈和大气圈中的自由氧积累和臭氧层的形成，大约9―15亿年前真核生物开始出现，导致大气和水体氧含量的进一步增长及伴随的碳酸盐沉积和二氧化碳含量下降，该事件的直接后果是全球气温的变化、冰川的形成和溶化、海平面的上升和下降。海平面的上升和下降(海进和海退)引发地球表面生态环境的多样化和生物类群的急剧分化。其中，氧气含量是后生动物演化上的一个主要障碍，当这一障碍消除后，多细胞后生动物便会立即出现，而且迅速演化。（Berkner C V;Marsall L C The history of growth of oxygen in the earth' s atmosphere 1964）
另一种流行的观点是Stanley(1973)提出的“收成原理说”。这一学说认为，小型植食性掠食动物的出现而导致的生态革命是寒武纪大爆发的主要诱导因。因为寒武纪之前，持续30亿年之久的海洋生物中只由简单的初级生产者(前寒武纪的藻类集群)。由于没有掠食者，整个前寒武纪生物群的组成极为单调。而一旦出现这些捕食者，便有机会为初级生产者产生新的空间，于是更多的、更高层次的生产者和捕食者便演化出来。（Stanley S M An ecological theory for the sudden origin of muticellular life in the late Precambrian 1973）（来源于网上查找资料） 三、 简述人类的起源与进化历史。 理论上将人类起源过程分为三大阶段：古猿阶段；亦人亦猿阶段；能制造工具的人的阶段。后阶段包括猿人和智人两大时期；它们又分为早期和晚期两个阶段。 F.恩格斯提出了劳动创造人类的科学理论，1876年他写了《劳动在从猿到人转变过程中的作用》一文，指出人类从动物状态中脱离出来的根本原因是劳动，人和动物的本质区别也是劳动。文章论述了从猿到人的转变过程：古代的类人猿最初成群地生活在热带和亚热带森林中，后来一部分古猿为寻找食物下到地面活动，逐渐学会用两脚直立行走,前肢则解放出来,并能使用石块或木棒等工具，最后终于发展到用手制造工具。与此同时，在体质上，包括大脑都得到相应的发展，出现了人类的各种特征。恩格斯把生活在树上的古猿称为“攀树的猿群”，把从猿到人过渡期间的生物称作“正在形成中的人”，而把能够制造工具的人称作“完全形成的人”。 也有科学家表示，人类是从一种3亿多年前漫游在海洋中的史前鲨鱼进化而来的。根据研究，这种名为棘鱼属的原始鱼类是地球上包括人类在内的所有有颌类脊椎动物的共同祖先。对一个追溯到2.9亿年前的头骨进行的再次分析显示，它是现代有颌类脊椎动物的早期成员，这意味着颌口动物包括数万种健在的从鱼到鸟在内的脊椎动物、爬行动物、哺乳动物和人等。 进化历史：起源――古猿――直立人――早期智人――晚期智人 三亿文库3y.uu456.com包含各类专业文献、生活休闲娱乐、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、文学作品欣赏、行业资料、应用写作文书、中学教育、94地球生命演化史答卷等内容。　
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探索氧气起源奥秘：蓝细菌触发地球大氧化事件
新浪科技评论
新浪科技讯 北京时间7月7日消息，据国外媒体报道，研究发现，在大约24亿年之前，地球的大气中是没有氧气的。那么，我们如今所呼吸的氧气是何时出现的？又是如何出现的呢？图为“大氧化事件”改变了地球生命的演化进程。
如果真的能够穿越回到24亿年前甚至更为遥远的过去，你就会发现处境并不那么美好。那时的地球上连可以呼吸的氧气都没有。除非你带了呼吸设备，否则你将会在几分钟内窒息死亡。图为氧气出现之前的地球。
蓝细菌有许多种类。
光合作用：绿色植物利用阳光生产糖。
有的蓝细菌身体会长成长条状。
垫藻岩在早期地球上很常见。
地球上所有生命其实都是一家，从细菌到人类。
念珠藻，一种多细胞蓝细菌。
蓝细菌会在水面上形成绿色的“水华”。
垫藻岩由岩石和微生物垫组成。
如果没有氧气，现代复杂动物都无法生存。(彬彬)
　　新浪科技讯 北京时间7月7日消息，据国外媒体报道，研究发现，在大约24亿年之前，地球的大气中是没有氧气的。那么，我们如今所呼吸的氧气是何时出现的？又是如何出现的呢？现在，让我们跟随科学家进入“时光机器”穿越回到24亿年前，去考证改变地球演化进程的最重大事件之一--“大氧化事件”的发生原理和时间，探索氧气起源的奥秘。
　　如果真的能够穿越回到24亿年前甚至更为遥远的过去，你就会发现处境并不那么美好。那时的地球上连可以呼吸的氧气都没有。除非你带了呼吸设备，否则你将会在几分钟内窒息死亡。在地球的前半生，大气层中没有氧气。这种支持动物生命存在的气体出现于大约24亿年之前，“大氧化事件”的发生彻底改变了地球生命的演化进程，成为地球历史上发生的最重大事件之一。
　　如果没有“大氧化事件”，地球上将不会有昆虫、鱼类，当然也不会有我们人类。数十年来，科学家一直想弄清楚最初的氧气是何时出现的以及如何出现的。科学家曾经长期怀疑是生命体自身产生了氧气。如果这些最新提法被证明可信的话，那么在“大氧化事件”之前，生命体本身就已经在进行了一场惊人的演变。这一演变可能是探索氧气起源之谜的关键环节。
　　“大氧化事件”发生时，地球已形成大约20亿年。当时，地球上可能只有单细胞有机体。对于地球生命出现的确切时间，目前仍不是非常清楚。但是，目前已知的最早微生物化石可以追溯到35亿年前。这就意味着，生命出现的时间可能比“大氧化事件”至少早10亿年。这些最初的简单生命形态可能是“大氧化事件”的主角。它们已经进化出可以从阳光中汲取能量的本领，并能够通过阳光的能量利用水和二氧化碳制造糖。这就是所谓的光合作用，也就是如今绿色植物的重要功能之一。
　　数十亿年前的蓝细菌可能也是利用这一化学方法。从细菌的角度来说，光合作用也有恼人的副作用，那就是会产生一种废物--氧气。氧气对于它们来说是毫无用处的，就被释放到了空气中。因此，这也可能成为了“大氧化事件”的一个简单的解释。蓝细菌释放出无用的氧气，从而改变了地球的大气构成。但是，这一说法只是解释了它是如何发生的，并没有说明为什么会发生，当然也没有讲清楚它是何时发生的。
　　问题在于蓝细菌出现的时间远早于“大氧化事件”。英国布里斯托大学科学家贝蒂娜-希尔梅斯特介绍说，“它们也许是地球上最早的微生物之一。”可以肯定的是，大约在29亿年前就已出现了蓝细菌。它们还有可能可以追溯到35亿年前，但是目前的化石记录不全，暂时还无法明确这一说法。
　　因此，这就意味着在氧气出现于大气中之前，至少在此5亿年之前，蓝细菌已经在不断释放出氧气。但是，大气构成似乎没有什么变化。一种解释认为，周围环境中有许多化学物质，也许是火山气体，不断与这些氧气产生化学反应，从而将这些氧气有效地清理掉了。不过，贝蒂娜认为，还有另一种可能性。也许是蓝细菌自身发生了变化。“蓝细菌通过进化，帮助它们变得更加成功、更加重要。”从细菌的标准看，现代蓝细菌的一些特征可以说是非常惊人的。大多数细菌都是单细胞的，但蓝细菌则是多细胞的。贝蒂娜介绍说，“许多蓝细菌能够产生特殊的细胞。这是许多动物才拥有的某种特殊细胞的简化版本，比如肌肉、神经、血液等。”
　　贝蒂娜认为，这种多细胞特征可能是地球早期的蓝细菌进行游戏交换的产物，它产生了许多可能的优势。与一些单细胞的竞争对手比，多细胞蓝细菌有一个明显的优势，那就是它更容易长大，较大的表面积意味着它能够更容易吸附于光滑的岩石上。“这样就不容易被洋流冲走。”许多现代多细胞蓝细菌可以在自己的微生物垫范围内到处移动。“虽然它们移动得不太快，但是可以移动。”这说明早期的蓝细菌也可以这样。运动性可以帮助它们更好地生存。当时，地球正受到太阳紫外线辐射的强烈袭击，因为当时还没有臭氧层可以保护地球。因此，可以说蓝细菌早在“大氧化事件”之前就已进化出多细胞特性。
　　贝蒂娜一直在致力于研究蓝细菌进化出多细胞特征的最早时间。线索在于它们的基因。通过对所有蓝细菌的基因进行检测并识别出它们之间细微的差别，贝蒂娜发现了它们之间的联系，并绘制了蓝细菌的系谱图。通过系谱图，贝蒂娜能够找到最早期的多细胞蓝细菌，并大概估算出它们最早出现的时间。2011年，贝蒂娜发表了第一份研究报告。贝蒂娜认为，现代蓝细菌大多源自多细胞祖先。这表明，多细胞特征很早已经出现，但是很难推算出一个确切的时间。
　　2013年，贝蒂娜发表第二篇研究论文，修正了自己的研究方法。第二份研究报告认为，蓝细菌进化出多细胞特征的时间并不比“大氧化事件”早太多，不过到了“大氧化事件”时，蓝细菌已经快速进入多样化阶段。但是，这一成果并没有终结所有争论。贝蒂娜的系谱图只是基于某一基因，尽管这一基因是所有种类的蓝细菌共同拥有的。这就意味着这个系谱图仍有不足之处。因此，贝蒂娜又开始尝试另一更佳方式。
　　贝蒂娜介绍说，“这一次，我开始对756种基因都进行研究。我所研究的基因存在于所有的蓝细菌中。”贝蒂娜估算的多细胞起源时间仍比较粗略，大约在“大氧化事件”之前2.5亿年。还有一些不同的方式可计算这种系谱图，它们都得出了相同的答案。贝蒂娜解释说，“无论如何校准我们的进化史，多细胞进化时间似乎都要比‘大氧化事件’来得早。”贝蒂娜的最新研究成果发表于《古生物学》杂志之上。
　　故事并没有结束。即使贝蒂娜的研究成果被确认，蓝细菌进化出多细胞确实刚好早于“大氧化事件”，仍然还有两大难题需要解决。首先，多细胞特征真的如贝蒂娜所说的那样给蓝细菌带来了生存优势吗？对于这一问题，现在还没有权威的说法，但我们可以通过试验尝试寻找答案。通过对现代单细胞和多细胞蓝细菌进行测试，看它们是如何应对不同的环境的。第二次问题似乎更难回答，为什么蓝细菌要用如此长时间才进化成多细胞？如果多细胞确实很有优势，那它们为什么不尽早向此进化，从而更早地引发“大氧化事件”。贝蒂娜表示，“下一步，我们要争取弄清楚究竟是哪些基因负责蓝细菌的多细胞进化。这样，我们就能够回答为什么要花费如此长时间进化，为什么不进化早一些诸如此类的问题。”
　　无论是何原因导致“大氧化事件”，很明确的是，“大氧化事件”都是地球演化史上最重要的事件之一。从短期看，这对于生命来说是坏消息。“氧气当时可能对许多细菌是致命的。这很难验证，因为根据化石记录，我们没有发现太多当时的沉积物。但是，我们可以猜测，当时可能死亡了许多细菌。”
　　但是，从长期来看，这一事件导致更多、更新生命的出现和进化。氧气是一种活性气体，因此当一些微生物学会如何利用它时，它们就能够立即找到一种新的能量来源。通过呼吸氧气，微生物开始变得越来越活跃，体积也会变得越来越大。一些种类也变得越来越复杂，变成了植物和动物，如昆虫、鱼类以及人类。如果贝蒂娜是正确的，最初的多细胞蓝细菌产生了全球范围的氧气，从而触发了复杂生命的进化。(彬彬)远古海洋两次氧化事件激发复杂生命的传播
照片（视野宽度约0.15毫米）显示了来自中国南方陡山沱地层（距今6.35亿年至5.51亿年）的保存得极为出色的真核生物化石(uux.cn)
在6.35亿年前到5.51亿年前之间的氧气出现以及深海的氧化可能对于包括动物在内的最早的复杂生命的增加和传播有影响。
今天，我们认为氧气并没有什么特别之处。但是在距今25亿年之前的时候，地球大气层曾经几乎没有任何氧气，而且直到大约6亿年前大气的氧浓度才上升到了如今浓度的一个零头。长久以来，地质学家和进化生物学家都推测氧气的出现和其后发生的深海氧化与现代生物系统的进化有着密切的关联。
为了检验生物进化和环境变化之间的相互作用，一组来自弗吉尼亚理工大学、马里兰大学、内华达大学分校和中国科学院的科学家组成的国际研究组检查了在中国南方三峡地区陡山沱地层中保存的距今6.35亿年到5.51亿年的沉积物的地球化学和化石分布的变化。
弗吉尼亚理工大学的地球生物学博士生Kathleen A. McFadden说，很久以前，三峡地区曾经是一片古老的海洋。
弗吉尼亚理工大学的地球科学副教授肖书海说，这组科学家提出了一个问题：为了确定海洋中何时具有足够的氧用于支持动物的生存，&在那些岩石记录中应该存在什么样的地球化学证据？&
科学家假设在氧浓度较低的时候海洋中溶解了许多有机碳。如果氧浓度上升，其中一些有机碳就会氧化成无机形式，其中一些会以碳酸钙的形式保存在岩石记录中。&我们测量了古老岩石中的有机和无机碳的碳同位素特征，从而推断出氧化事件，&内华达大学拉斯维加斯分校的助理教授Ganqing Jiang说。
三峡大坝暴露出的沉积层代表了数以百万年的沉积。&我们经过每一条路堑，一个地层接一个地层地测量和描述暴露出的岩石，然后每隔大约几英尺采集小型岩石样本，& McFadden说。她采集了大约200份样本；数百份样本被送到了3个实验室中。
科学家把这些小型样本清洗干净并把它们碾成了粉末，让它们与酸反应，使碳酸盐矿物质释放出二氧化碳，然后燃烧残渣，从有机物中获取二氧化碳。&我们用质谱仪测量了释放出的二氧化碳，从而获得了岩石中存在的碳酸盐和有机碳的同位素特征，& McFadden说。
&稳定而不会随时间推移而衰变的碳12和碳13同位素的相对丰度提供了不同时代海洋中发生的环境过程的快照，它们被记录在了岩层中，& McFadden说。
碳同位素丰度的地层学模式向这组科学家提示，动物出现之前的海洋在很大程度上缺氧，但是有两次氧脉冲为海洋带来了氧。
&第一个脉冲显然对于深海中的大量有机碳贮藏几乎没有影响，但是它确实激发了微观生命形式的变化，&McFadden说。&然而，发生在大约5.5亿年前的第二次事件导致了有机碳贮藏的减少，这表明就在地球的许多最古老的动物进化和分化之前不久，海洋被充分氧化了。&
&陡山沱地层拥有绝好的化石记录，& McFadden说。&它可以让我们研究主要的化石群，它们何时出现以及何时消失，并了解氧化事件和生物群之间的关系。&
&这项研究支持了一个正在成长的观点，即生命和环境通过地球历史上的这个激烈的时期共同进化，&该研究的作者之一、马里兰大学的地球化学家Alan J. Kaufman说。
科学家分析了陡山沱地层的化石，包括从6.35亿年前的微观生命形式到约5.51亿年前的大型藻类。通过研究来自具有非常类似同位素记录的4个地点的数据，他们报告说第一个氧浓度峰值导致了微观生物的增加，其中一些微观生物被认为是最早的动物胚胎。第二个氧浓度峰值与大型复杂藻类物种显著增加的时间相符合。
&两次氧化事件看上去与陡山沱盆地化石组合的密度增加相符合，物种的数量几乎翻了一番，& McFadden说。
在这第二次氧化事件之后，在距今5.50亿年到5.42亿年之间，埃迪卡拉生物（复杂的宏观生命形式）在全世界范围内都增加了，这一事件最近被命名为阿瓦隆纪大爆发。&就是在这那个时期的化石记录中发现了最早的穿孔动物和生物矿化动物，& McFadden说。生物矿化动物是最早形成外骨骼（甲壳）的动物。
然而，触发氧化事件的因素仍然不清楚。&记录在海洋中的这些事件可能与大气中的氧与陆地沉积物的反应有关，& McFadden说。&大陆的岩石和土壤的风化可能导致某些可溶离子释放到河流中，例如硫酸盐。然后这些离子被输送到了海洋中，在那里细菌可能利用了它们，把深海中的有机碳库氧化。&(神秘的地球uux.cn)
[责任编辑：杜苗]
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　　本报讯加拿大科学家通过对水成岩的分析显示，27亿年到25亿年前，地球上镍的数量大大减少，导致空气中氧气浓度大大增加，从而产生了所谓的“大氧化事件”，地球上的多样性发生了爆炸性进化。这是科学家首次揭开大氧化事件的秘密，该项研究发表在最新一期《》杂志上。　　目前，氧气占地球大气的21%，它是存活和延续的重要基础。地球目前已存在了45亿年，而在地球存在的前半期并没有氧气存在，氧只是以元素的状态存在于水或岩石中。之后，氧气才开始出现在大气和海洋中，但在大气中的含量仍不足1%。大约27亿年前，地球中的氧气突然开始聚集，这就是所谓的“大氧化事件”。　　氧气作为一个分子很容易引起化学反应，除非它能持续不断地产生，否则它就会慢慢消失。现在，大气中氧气的浓度由的光合作用产生，光合作用将太阳光转变为化学能和氧气。　　第一个促进光合作用的微是一种水生细菌，又叫蓝绿藻。科学家认为，在大约25亿年前的大氧化事件发生之前，蓝绿藻已经在地球上生活了大约3亿年，但它们产生的氧气很快被产甲烷细菌产生的甲烷所破坏，产甲烷细菌能够进无氧呼吸。科学家认为，在早期大气的几亿年内，产生甲烷的微生物阻止了氧气的聚集。　　这些产甲烷细菌都生活在有水的地方，它们能够在沼泽和水塘等缺氧环境下主要依靠镍来生存，没有丰富的镍，这些产生甲烷气体的酶就会受损。　　加拿大艾伯特大学地球与大气科学系地质微生物研究室主任库尔特?孔浩司对取自澳大利亚西部地下深处的一类水成岩进了分析，水成岩能在其内部保存岩石形成时发生的氧化和其他化学反应的证据，这些水成岩能够监测38亿年前海洋中镍的含量。科学家发现，在27亿年前到25亿年前之间―――大氧化事件发生的时期，镍的数量大大减少。　　华盛顿卡内基研究中心的多米尼克?帕皮诺称，时机非常符合，镍数量的减少削减了破坏氧气的甲烷的产生，因此触发了大氧化事件。　　孔浩司团队也认为，在此段时间内，地壳变凉，火山喷发很少，因此火山爆发时喷入海洋中的镍的数量大大减少，使一些产生甲烷的微生物慢慢消亡。　　科学家最后指出，尽管大氧化事件没有引起氧气浓度的突然增加，达到我们目前大气中的水平，但它确实让氧气不可逆转地增加了。（刘霞）
(责编：夏明媛（实习）)
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