우리가 수십억 년 전 단세포 미생물에게
물려받은 학습과 기억 능력

르두는 박테리아까지 거슬러 올라가는 생존 행동을 모든 유기체가 공유하는 보편적 특성으로 인정하는 한편, 아주 최근(겨우 수백만 년 전)에 인간 뇌에 나타난 의식과 감정은 인간만의 고유한 능력으로 평가한다. 참고로 르두는 설치류와 바다 민달팽이류, 심지어 짚신벌레나 아메바 같은 단세포 원생동물의 시냅스 가소성 관련 유전자가 서로 유사하다는 동료 과학자의 연구에 충격을 받고, 생명의 기원까지 거슬러 올라가 우리가 다른 유기체와 어떤 점에서 유사하고 어떤 점에서 다른지를 살펴보기로 결심했다.
생명의 역사와 동시와 시작된 ‘행동’은 생존의 일차적 도구로서, 모든 유기체는 몇 가지 공통된 생존 행동을 보인다. 곧 위험을 피하고, 영양분을 얻고, 수분과 체온을 유지하고, 번식하는 일이 그것이다. 방어, 에너지 관리, 체액 균형, 생식이라는 이 원시적 생존 전략은 ‘지구상 모든 생명의 가장 최근 공통조상(LUCA)’의 후손으로 35억 년 전 지구에 출현한 박테리아에서도 찾아볼 수 있다.
박테리아는 화학물질이나 빛을 감지하는 능력과 운동 능력을 이용해 이로운 물질에는 다가가고 해로운 물질에게서는 달아나는 ‘주성 행동’을 보인다. 또한 세포 내 물과 전해질의 농도를 조절하여 세포가 붕괴되는 것을 막으며, 외부 온도에 맞게 생화학적 과정을 재구성함으로써 내부 온도를 조절한다. 그리고 세포 분열(무성생식)을 통해 오늘날까지도 지구상에서 가장 많은 개체수를 지닌 유기체로 번성하고 있다. 더 놀라운 점은 박테리아나 그 후손인 단세포 원생동물이 환경 조건에 대한 정보를 획득, 저장한 후 이를 이용해 환경 변화에 더 적절히 반응할 수 있다는 점이다. 다시 말해, 이들에게는 학습과 기억 능력도 있다. 르두는 기억을 ‘과거 경험으로부터 정보를 얻을 수 있게 함으로써 생존을 더 용이하게 만드는 세포 기능’이라고 정의한 후, 학습과 기억을 위해 신경계가 꼭 필요한 것은 아니라고 덧붙인다.
최초의 단세포 미생물이 생존을 위해 찾아낸 이 해법들은 이후 나타난 모든 유기체에 성공적으로 전달되었고, 인간을 포함한 복잡한 유기체들의 복잡한 생존 행동에도 이어졌다. 르두가 ‘생존 행동’을 통해 말하려는 바는 지구상 모든 유기체가 생물학적으로 상호 연결되어 있다는 것이 아니라, “우리 인간이 매일매일 일상적으로 행하는 행동들의 뿌리가 일반적으로 우리가 아는 것보다 훨씬 더 오래되었음을 보여주려는 것”이며, “단순한 세포들 또한 정교한 생존 활동을 벌이고 있으며 오늘날 우리의 삶에도 이러한 원시적인 생존 활동이 이어지고” 있다는 것이다.

인간과 동물이 매일 사용하는
뉴런이라는 세포의 기원

이 책의 전반부는 이러한 생존 전략이 어떻게 원시 단세포 유기체에 의해 구축되고, 원시 다세포 유기체에 의해 보존되었다가, 초기 무척추동물에서 신경계가 발달한 뒤에는 뉴런이라는 전문 세포가 전담하게 되었으며, 이후 인간을 포함한 모든 동물이 매일매일 이용하게 되었는지 추적한다.
그 과정에서 우리는 이제까지 단편적으로 알고 있었지만 자세히는 몰랐던 생명의 여러 흥미로운 사실들을 진화의 전체 맥락 속에서 훨씬 더 쉽게 이해하게 된다. 고세균과 그것이 잡아먹은 박테리아로부터 세포핵과 미토콘드리아가 공존하는 진핵생물이 생겨난 이야기(세포 내 공생설), 단세포 생물이 다세포 생물이 되기 위해서 반드시 거쳐야 하는 2단계 자연선택(먼저 구성 세포들이 비슷한 유전적 특성을 지녀야 하고[적합도 정렬], 다음으로 세포들의 요구보다 유기체의 요구를 우선해 협동하는 노동분업이 일어나야 한다[적합도 위임]), 자포동물(히드라, 해파리 등)에서 처음으로 뉴런과 신경계가 나타난 과정에 대한 가설(해면 유충의 감각세포와 운동세포가 자기들끼리 서로 뭉치며 자라다가 감각세포의 일부가 길게 늘어나면서, 결국 이것이 먼 거리에서는 전기신호로 소통하고 가까운 거리에서는 화학물질로 정보를 전달하는 뉴런의 축색돌기가 되었다) 등이 대표적이다.
마침내 인간의 뇌에 이르러서는, 오늘날까지도 영향력을 떨치고 있는 대표적 오류들을 바로잡는다. 루트비히 에딩거의 ‘순차적 형성 이론’과 폴 매클레인의 ‘삼부 뇌 이론’이 그것이다. 순차적 형성이론이란 인간의 뇌는 파충류의 뇌(기저핵)-초기 포유류의 뇌(구피질)-포유류의 뇌(신피질)가 한 겹씩 쌓이며 지금과 같은 구조가 되었다는 주장이다. 인간의 뇌가 진화의 정점을 이룬다는 생각이 깔려 있는 이 이론은 신피질의 상동기관이 파충류와 조류에서도 발견되는 등 수많은 증거에 의해 논박되었다. 매클레인은 에딩거의 이론을 충실히 따르며 각 영역의 기능에 대한 설명을 덧붙였는데, 기저핵은 본능을, 구피질(매클레인이 ‘변연계’라고 명명했다)은 감정을, 신피질은 인지 능력을 담당한다고 주장했다. 하지만 삼부 뇌 이론은 에딩거의 해부학적 문제들을 고스란히 안고 있을 뿐 아니라 뇌 기능 설명도 틀렸는데, 구피질(해마와 대상피질)은 기억 같은 인지 활동에도 기여하고 신피질도 감정적 경험에 관여하는 것으로 밝혀졌다.

다른 영장류의 뇌에는 없다
숙고적 인지를 담당하는 인간 고유의 뇌 전두극

우리 인간은 더 커지거나 날렵해지기보다 더 영리해지는 길을 선택함으로써 번성할 수 있었다. 인지란 신경계에 의해 가능해진 생물학적 프로세스의 산물로서, 생물마다 차등을 보인다는 것이 여러 실험으로 증명되었다. 박테리아나 원생동물, 자포동물은 파블로프 단순 연합(빛과 먹이가 인접해서 발생하면 빛만 보여도 접근한다)만 가능하고, 선구동물과 어류, 양서류, 파충류는 파블로프 인지(먹이를 먹고 얼마 후 메스꺼움을 느끼면 이후 그 먹이를 피한다)만, 포유류와 조류는 목표 지향적 도구적 인지(표시등이 깜박이는 동안 레버를 누르면 먹이를 얻는다. 하지만 그 먹이를 먹고 메스꺼움을 느끼자 레버를 누르지 않는다)만, 오직 인간만이 의식적 숙고(시행착오가 아닌 기억과 추론, 예측을 통한 문제해결)를 할 수 있다.
이 책의 후반부는 인간 뇌의 각 영역의 기능적 역할과 그 네트워크에 의해 어떻게 지각과 기억, 인지와 감정, 곧 우리의 의식적 경험이 작동하는지를 살펴본다. 르두는 의식의 핵심적인 영역으로 전전두피질, 그중에서도 ‘전두극’에 주목한다. 전두극은 다른 영장류의 뇌에서는 찾아볼 수 없는 인간만의 고유한 영역으로, 우리의 가장 추상적인 개념적 표상이 생성·처리되는 곳이자 장기 목표와 미래를 계획하고 계층적 관계 추론과 문제해결 등의 숙고적 인지를 담당하는 곳이다. 또한 전두극은 자기인식 즉 자기주지적 의식과도 관련이 있다. 우리가 다른 사람과 ‘나’(자아)를 구분하고 다른 사람의 마음을 이해할 수 있는 것은 모두 자기주지적 의식 덕분이며, 이것은 오직 인간만이 가진 능력이다.

생존 전략의 역사에서
만들어진 인간의 감정, 마음
우리는 위험에 반응할 때 공포를 느낀다. 이 두 가지 경험이 자주 같이 일어나기 때문에 우리는 공포가 그러한 반응을 일으키는 것이라고 생각한다. 하지만 르두에 의하면, 이것은 사실이 아니다. 생존 행동을 제어하는 뇌 시스템과 그 행동을 할 때 경험하는 의식적 느낌(감정)을 관장하는 뇌 시스템은 서로 별개다. “행동과 느낌은 동시에 일어나는데, 이는 느낌이 행동을 일으키기 때문이 아니라, 각각의 시스템이 같은 자극에 반응하기 때문이다.” 흔히 행동을 마음의 도구로 여기지만, 마음과 같은 정신 활동은 진화의 역사에서 훨씬 뒤늦게 생겨났다. 행동과 정신 활동을 연결하는 것은 ‘진화론적 사후설명’일 뿐이다.
르두는 심적 상태가 행동을 일으키는 듯한 혼동을 주는 ‘공포 회로’라는 표현 대신 ‘생존 회로’를 도입하여, 행동은 ‘생존 자극―생존 회로―생존 반응’의 메커니즘을 따르지만, 감정(느낌)은 피질 인지 회로(고차 전전두 네트워크)에서 따로 처리된다고 주장한다. 예를 들어, 발밑에 뱀이라는 위험 정보가 감각계에 전달되면 편도체에서 방어적 생존 상태(방어적 생존 회로)가 활성화되어 행동 반응(얼어붙기, 회피)과 생리적 반응(떨림, 식은땀)을 일으키고, 동시에 피질 인지 회로에서 느낌(공포, 불안)을 유발하게 된다는 것이다. 르두의 다중 상태 계층 모델에 따르면, 의식적 공포는 어떤 상황을 위험이라고 인지적으로 해석함으로써 생긴다. 다시 말해, 공포를 일으키는 것은 편도체가 아니라 우리 각자의 공포 스키마(살아오면서 획득한 위험에 대한 지식)이며, 공포는 보편적인 것이 아니라 언제나 ‘나에게’ 두려운 것이다. 감정은 자기주지적 의식이며, “자아가 없다면 감정도 없다.”
이러한 사실은 이제까지 많은 제약 회사들이 공포나 불안을 덜 느끼게 하는 의약품 개발에 실패한 이유를 설명해준다. 대부분의 약품은 동물실험을 통해 행동 변화를 측정함으로써 개발되지만, 이것은 생존 회로에만 작용할 뿐 정작 공포와 불안을 느끼게 하는 피질 인지 회로에는 효과에 없기 때문이다.

동물의 의식과 인간의 의식에서
공통점과 차이점

감정이 위와 같이 창조되는 것이라면, 자기주지적 의식 경험은 오직 인간만이 가능하므로 감정도 인간에게서만 일어난다고 말할 수 있다. 이것은 언뜻 다른 종, 특히 인간과 가까운 동물들에게서 의식과 감정을 박탈하는 것처럼 들린다. 하지만 르두는 동물이 의식적 경험을 한다는 것을 부정하지 않는다. 다만, 동물의 의식적 경험이 인간의 그것과는 상당히 다를 가능성이 있으며, 언어가 없는 이상 이를 과학적으로 확인하기란 대단히 어려운 일이라고 생각할 뿐이다.
이러한 사실을 받아들인다면, 우리는 다른 동물이 인간과 유사한 의식적 경험을 한다고 말할 때 좀 더 신중해야 할 것이다. 다윈이 인간과 동물의 행동 유사성을 들어 동물에게도 감정이 있다고 주장한 이래로 ‘인간중심주의’와 ‘의인화’ 경향이 학계에 뿌리 깊이 자리잡았다. 우리가 생존 행동(방어, 에너지 관리, 체액 균형, 생식)을 할 때 어떤 의식적 경험을 한다고 해서 다른 동물도 그럴 것이라고(공포와 허기, 갈증, 성적 쾌락을 느낄 것이라고) 생각하는 것은 우리 자신의 경험을 다른 유기체에 투사하는 것에 지나지 않는다. 프란스 드 발이나 제인 구달, 마크 베코프 같은 의인화 옹호자들의 주장(“밀접하게 연관된 종들이 똑같은 행동을 보인다면 그 밑바탕에 있는 심적 과정도 아마 동일할 것이다.”)과 달리, 행동의 관찰만으로 행동과 의식을 연결할 수는 없다. 행동은 의식적으로만 제어되지는 않으며, 비의식적으로 제어되는 행동도 있기 때문이다.
하지만 유감스럽게도, 현행 동물 연구들은 특정 행동이 의식적으로 제어되는지 비의식적으로 제어되는지 확인하기보다는, “여기에 의식이 관련되어 있다는 직관을 지지할 수 있는 증거를 축적하는 데”에만 열중하고 있다. 의인화적 사고는 다른 동물의 행동을 예측하고 통제하는 데 유용했기에 자연선택에 의해 우리 유전자에 배선되었을 것이다. 하지만 그것이 인간 본성이고 자연스럽다고 해서 과학적으로 옳은 것은 아니다. 과학은 어디까지나 직관이 아니라 실제 사실에 기초해야 한다.

인간은 진화의 정점이 아니다
문명을 일구고 파멸시킨 인간 고유의 자기주지적 의식

르두는 감정이란 언어와 자기주지적 의식의 굴절적응(다른 형질의 부산물로 생겨났으나 그 유용성 때문에 자연선택된 형질)의 결과로서, 단순히 위험을 감지하고 회피하는 비의식적 생존행동보다 가치를 개인화하는(“이것이 ‘나에게’ 얼마나 위험할까?”) 그 능력이 생존에 더 효과적이었기 때문에 선택되었다고 말한다. 르두가 감정과 의식을 인간만의 고유한 특징으로 파악한다고 해서, 인간을 진화의 정점에 선 존재로 여기는 것은 아니다.(“40억 년의 긴 역사에서 그러한 고유성은 그저 각주에 불과하다.”) 오히려 에필로그에서 르두는 자기주지적 의식의 부정적인 면을 조명한다. 자기주지적 의식은 오늘날의 과학기술과 문화예술을 비롯한 위대한 성취를 이루어냈지만 다른 한편으로 불신, 증오, 욕심, 이기심 같은 “우리 종을 파멸시킬 수도 있는 심적 특징들도 가능하게 했다.” 르두는 기후변화와 대량멸종 등 생태계 파괴가 가져올 암울한 미래를 경고하며 이제라도 느린 생물학적 진화 대신 빠른 인지적·문화적 진화, 곧 다른 종과 더불어 살아가는 우리 삶의 방식에 대한 의식적 각성을 촉구한다.

“르두는 오늘날 감정 상태의 뇌 기제를 설명하려는 중요한 작업을 선도하는 주요 과학자다. 이 최신작에서 르두는 단세포 미생물의 생존능력을 인간의 고유한 생존능력과 연결시키려 한다. 인간의 이 능력은 우리의 생각하고 느끼는 능력, 우리 자신의 과거와 미래는 물론 인류의 과거와 미래까지 숙고할 수 있는 능력에 중대한 영향을 받는다. 대단한 책이며, 르두의 말처럼 정말이지 ‘우리 자신의 깊은 역사’다.”
--에릭 캔델(《마음의 오류들》저자, 컬럼비아대학교 유니버시티 프로페서, 2000년 노벨 생리의학상 수상)

“르두의 새 책은 단순한 생명체들의 생물학으로 시작하여 생물 복잡성이 절정에 이른 순간, 인간의 감정과 의식을 고차 인지 처리과정으로 보는 엄밀히 논증된 옹호론으로 끝난다. 그의 견해에 전적으로 동의하지 않는 사람이라도(나로서는 많은 부분에 동의하지만), 그의 성취를 높이 평가하고 축하하지 않을 수 없다.”
--안토니오 다마지오(《느낌의 진화》저자, 서던캘리포니아대학교 신경과학 교수)

“르두는 우리 인간과 다른 동물들이 어떻게 지금과 같은 존재가 되었는지를 여러모로 밝혀주는 통찰로 가득한 비범한 책을 썼다. 일반인도 충분히 읽을 만하고, 다른 신경과학자들에게도 유용한 정보가 가득하다.”
--대니얼 레비틴(《정리하는 뇌》저자, 맥길대학교 심리학·행동신경과학 명예교수)

“‘우리의 마음은 어떻게 우리를 다른 종과 다르게 만드는가?’ 르두는 아리스토텔레스까지 거슬러 올라가는 이 심오한 물음에 대한 우리의 이해를 심화시킨다. 르두보다 더 나은 안내자는 없을 것이다. 르두는 세계 최고의 신경과학자로, 행동·감정·의식의 최전선에서 연구하고 있다. 르두는 영리하고 위트 있게 생명의 40억 년 역사를 추적하며, 인간이 어떻게 단세포생물과 기본적인 행동들을 공유하면서도 우주에서 유일하게 반성적 자기인식으로 도약했는지 보여준다. 읽는 내내 너무나 흥미롭고 흥분된다.”
--제프리 삭스(컬럼비아대학교 유니버시티 프로페서)

“생명의 기원에서 복잡한 정신적 삶을 가진 생물의 출현까지를 다루는 매우 재밌고 유익한 여행. 우리 인간이 어떻게 지능, 의식, 감정을 갖게 되었는지에 대한 꼭 필요한 관점. 생물학에서 심리학까지, 모든 것이 훌륭한 역작.”
--수전 슈나이더(NASA/미 의회도서관 우주생물학 연구원)

“르두는 동물학, 신경과학, 심리학, 철학에 대한 자기만의 주목할 만한 종합을 제시한다. 그의 중심 주제는 신경계의 진화를 통한 의식의 출현, 신경계가 제어하는 행동들이며, 생명의 나무가 아니라 의식의 나무, 의식이 우리를 이끄는 곳이다. 생각을 넓혀주는 놀라운 책.”
--트레버 로빈스(케임브리지 대학교 인지신경과학 교수)

“분자에서 출발해 의식을 갖기까지 생명의 장대한 진화 과정을 보여주는 매력적인 책. 르두는 우리 두뇌의 작동방식에 대한 새롭고 흥미로운 통찰을 포함하여 이 분야의 핵심 아이디어들을 색다르게 고찰한다.”
--매리언 도킨스(옥스퍼드대학교 동물행동학 교수)

“르두는 나무와 숲을 모두 보는 드문 과학자다. 대단히 쉽게 읽히는 이 책은 다양한 독자를 만족시킬 것이다. 생명체의 진화에 대한 입문서에, 조명될 필요가 있는 심리 과정에 대한 논의가 결합되어 있다. 논의는 정교하고, 역사에 정통하며, 도발적이다. 뇌를 이해하고 심리적 사건과 뇌의 관계도 이해하고 있는 저명한 과학자의 독창적 저작.”
--제롬 케이건(하버드대학교 심리학과 명예교수)

“의식에 대해 알아야 할 가장 중요한 점은 그것이 진화했다는 것이다. 이 걸작에서 르두는 그 진화의 전체상뿐 아니라, 인간에게 의식이 출현하도록 해준 복잡 신경계의 중대한 세부 사항들을 알려준다.”
--크리스토퍼 프리스(심리학자, 유니버시티 칼리지 런던 명예교수)

“맥락을 파악하려는 것은 언제나 현명한 생각이다. 우리 자신을 40억 년의 역사라는 맥락 아래 놓는 것은 관점을 바꾸는 탁월한 발상이다. 짧지만 흥미로운 글들은 묻는다. ‘의식이란 무엇인가?’ ‘감정이란 무엇인가?’ 그리고 무엇보다 ‘나는 누구인가?’ 대답은 당신을 깜짝 놀라게 할 것이다.”
--헤이즐 로즈 마커스(문화심리학자, 스탠퍼드대학교 행동과학부 교수)

“이 책은 가장 단순한 유기체에서 가장 복잡한 유기체에 이르기까지 생물학적 처리과정이 행동을 낳는 방식의 연속성을 보여준다. 책은 우리와 같은 복잡한 유기체의 행동을 이끈 과정과 의식적 인식으로 이어진 과정이 상당히 다른 과정이라는 주장을 지지한다. 르두는 전체 그림에 대한 대가다운 지식과 매력적인 세부 설명으로 이 모든 것을 제시하고, 의식과 감정에 대한 독자적인 이론으로 마무리한다. 생명, 사고, 의식의 본성에 관심 있는 모든 이들의 필독서.”
--데이비드 로젠탈(뉴욕시립대학교 대학원 철학·인지과학 교수)

“결론에서 르두가 제시한 숙제는 독자들이 곰곰이 생각해볼 가치가 있다. 난해한 문제들에 대한 명료하고 시원한 처방.”
--북리스트

“많은 대중과학 작가들이 생명의 역사를 썼지만, 르두는 독자들이 즐길 뿐 아니라 기억하길 원한다. 그리하여 그는 책을 짧고 간결한 장들로 나누고 각 장마다 진화적 진전을 하나씩 설명한다. 모든 뛰어난 교육자들처럼, 저자는 단순한 것으로 시작한다. …… 태초에 시작된 인간 행동에 관한 전문적 역사.”
--커커스 리뷰

 

서문
프롤로그: 나는 왜 이 책을 썼나?

제1부 자연계에서 우리의 위치
제1장 깊은 뿌리
제2장 생명의 나무
제3장 자연계의 시작
제4장 공통 조상
제5장 살아있다는 것

제2부 생존과 행동
제6장 유기체의 행동
제7장 동물만 행동할 수 있을까?
제8장 최초의 생존자
제9장 생존의 전략과 전술
제10장 행동을 재고하기

제3부 미생물의 삶
제11장 태초에
제12장 생명 그 자체
제13장 생존 기계
제14장 세포소기관의 탄생
제15장 LUCA의 자손들의 결혼
제16장 오래된 것들에 새 생명을 불어넣다

제4부 복잡성으로의 이행
제17장 크기가 중요하다
제18장 성의 혁명
제19장 미토콘드리아 이브, 제시 제임스 그리고 성의 기원
제20장 집락의 시대
제21장 두 단계의 선택 과정
제22장 편모로 헤엄쳐 좁은 문을 통과하다

제5부 ……그리고 동물은 뉴런을 발명했다
제23장 동물이란 무엇인가?
제24장 초라한 시작
제25장 동물이 형체를 갖추다
제26장 뉴런의 마법
제27장 뉴런과 신경계는 어떻게 생겨났나

제6부 후생동물이 바다에 뿌린 흔적들
제28장 정면을 바라보다
제29장 조직의 문제
제30장 입으로, 아니면 항문으로?
제31장 심해의 후구동물은 우리를 과거와 연결시킨다
제32장 두 척삭 이야기

제7부 척추동물의 도래
제33장 척추동물의 바우플란
제34장 바다에서의 삶
제35장 육지에서
제36장 젖길을 따라

제8부 척추동물의 뇌를 향한 사다리와 나무
제37장 척추동물의 신경-바우플란
제38장 루트비히의 사다리
제39장 삼위일체의 유혹
제40장 다윈의 혼란스러운 감정 심리학
제41장 기본 감정은 얼마나 기본적인가?

제9부 인지의 시작
제42장 인지 능력
제43장 행동주의자들의 구역에서 인지 찾기
제44장 행동적 유연성의 진화

제10부 사고를 통한 생존과 번성
제45장 심사숙고
제46장 숙고적 인지 엔진
제47장 수다 떨기

제11부 인지의 하드웨어
제48장 지각 및 기억 공유 회로
제49장 인지적 연합
제50장 재배선 후 과열되다

제12부 주관성
제51장 의식의 세 가지 단서
제52장 의식이 있다는 것은 어떤 상태인가?
제53장 더 고차적으로 설명해보겠습니다
제54장 뇌에서의 고차 인식

제13부 기억의 렌즈를 통해 보는 의식
제55장 경험의 발명
제56장 기억, 의식, 자기의식
제57장 기억을 제자리에 놓기
제58장 기억의 렌즈를 통해 보는 고차 인식

제14부 얕은 곳
제59장 다른 마음의 까다로운 문제
제60장 의식에 몰래 다가가기
제61장 마음의 유형

제15부 감정 주관성
제62장 감정 의미론의 가파른 비탈길
제63장 생존 회로는 우리를 곤경에서 구해줄 수 있을까?
제64장 사려 깊은 감정
제65장 느끼는 뇌가 발화하다
제66장 생존은 깊지만 감정은 얕다

에필로그: 우리는 자기의식을 이기고 살아남을 수 있을까?
부록: 생명의 역사 연대표
삽화 크레디트
참고문헌
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