Del laboratorio a la cuenca: Soluciones basadas en la Naturaleza para recuperar el río Cauca

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Las Soluciones basadas en la Naturaleza (SbN) son enfoques que se inspiran en los procesos y las estructuras de la naturaleza para enfrentar desafíos sociales y ambientales, como la gestión sostenible del agua.

Preocupado por el deterioro del agua del río Cauca, un equipo interdisciplinario y transdisciplinario de la Universidad del Valle, la Universidad Autónoma de Occidente y el Departamento Administrativo de Gestión del Medio Ambiente de Cali, desarrolló un proyecto orientado a identificar y mitigar la contaminación de origen agrícola y municipal en este cauce. La iniciativa, financiada por el Sistema General de Regalías (BPIN:2021000100492), el Water Security Hub y Univalle, incluyó el diseño e instalación de dos prototipos tecnológicos, catalogados como Soluciones basadas en la Naturaleza (SbN), para el mejoramiento de la calidad agua; el fortalecimiento de laboratorios regionales y de sus métodos instrumentales para la detección de contaminantes; y la formulación de un modelo de gestión que facilita la replicación y adaptación de estas técnicas para el saneamiento de otros cuerpos hídricos afectados por contaminación puntual y difusa en el país, contribuyendo así a preservar la calidad de los ecosistemas acuáticos y a conservar la biodiversidad.

Río Cauca:  eje de biodiversidad y desarrollo

El río Cauca es la segunda cuenca fluvial más importante de Colombia.


Con más de 1350 km de extensión y caudales que oscilan entre los 100 y los 2400 m³/s, el río Cauca constituye un verdadero bastión de biodiversidad y servicios ecosistémicos. En su recorrido, atraviesa páramos, bosques andinos y valles interandinos, proveyendo agua, alimento y hábitat a más de 926 especies de flora y 1179 de fauna, además de cientos de poblaciones humanas.

Este afluente cruza los departamentos de Cauca, Valle del Cauca, Risaralda, Caldas, Antioquia, Córdoba, Sucre y Bolívar, desempeñando un papel fundamental en el sostenimiento de más de 10 millones de personas, cerca del 20 % de la población nacional. Además de ser fuente de agua para el consumo humano, el río sustenta diversas actividades económicas en los 183 municipios que atraviesa, tales como la producción industrial, la construcción, el transporte, la minería, la piscicultura, la agricultura (especialmente de caña de azúcar, café, maíz y arroz) y la generación de energía (aporta más del 17 % de la producción energética del país).

Además de su valor ecológico y económico, el río Cauca tiene una profunda dimensión cultural. Ha sido fuente de inspiración para cantos, poemas y relatos; escenario de festividades religiosas y hechos históricos, y es símbolo espiritual y de identidad para las comunidades asentadas en sus riberas.

Todos estos elementos consolidan al río Cauca como un símbolo de vida y desarrollo. Sin embargo, la gestión que los seres humanos han hecho de sus aguas también lo ha convertido en un claro reflejo de una de las problemáticas más urgentes del siglo XXI: la contaminación.

Contaminación en el río Cauca, un enemigo puntual y difuso

Según el Estudio Nacional del Agua 2022 del Ideam, el río Cauca presenta, en distintos tramos de su recorrido, altos niveles de contaminación por materia orgánica, nutrientes y sólidos suspendidos y disueltos, así como una elevada demanda química y bioquímica de oxígeno. Esta contaminación se asocia directamente con las actividades humanas y con el bajo porcentaje de tratamiento de las aguas que se devuelven al río.

Por ejemplo, solo en el Valle del Cauca se vierten diariamente al río cerca de 200 toneladas de materia orgánica, expresadas como demanda bioquímica de oxígeno, lo que se relaciona con la insuficiente cobertura en el tratamiento de aguas residuales provenientes de centros poblados (solo 16 de los 42 municipios cuentan con algún sistema de este tipo), siendo Cali la principal urbe contaminante. Esta situación ha dado lugar a la presencia en el río de una amplia variedad de contaminantes, entre ellos los denominados contaminantes emergentes.

Los centros urbanos, como Cali, son una de las principales fuentes de contaminación del río Cauca.

Los contaminantes emergentes comprenden una amplia variedad de compuestos que, en la actualidad, no están regulados ni monitoreados de forma sistemática por las autoridades ambientales del país. Aun así, representan un riesgo creciente para la salud humana y para los ecosistemas acuáticos, ya que muchos de ellos son persistentes, bioacumulables y, en numerosos casos, tóxicos.

La forma más común en que los contaminantes emergentes llegan al río Cauca es a través de las aguas residuales que se descargan directamente desde centros urbanos. Este es un caso de contaminación puntual, caracterizada por la facilidad para identificar el origen y la ubicación de la fuente contaminante. Un ejemplo de ello son los compuestos farmacéuticos, que no son completamente metabolizados por el organismo humano y parte de ellos se eliminan en la orina y las heces, que terminan en las aguas residuales y, luego, en el río.

Por otro lado, existen rutas de contaminación difusa, es decir, aquellas que responden a procesos dispersos o extendidos en el territorio y cuya fuente de contaminación resulta difícil de localizar e identificar. Un ejemplo de ello son las escorrentías generadas por las lluvias, que, en zonas agrícolas, arrastran agroquímicos hacia los cuerpos de agua.

Todos estos aspectos complejizan la contaminación del río Cauca y dificultan el diseño e implementación de estrategias efectivas para su mitigación. No obstante, desde diversos centros de pensamiento del territorio se han desarrollado propuestas innovadoras para abordar sus múltiples causas y consecuencias. Entre ellas destaca el proyecto Contribución a la recuperación de la cuenca alta del río Cauca como sistema socioecológico mediante la mitigación de la contaminación puntual y difusa a través de Soluciones Basadas en la Naturaleza, liderado por el profesor e investigador Carlos Arturo Madera Parra, vicedecano de investigación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle.

Un proyecto que contribuye a la mitigación de la contaminación puntual y difusa

Este proyecto es el resultado de 15 años de investigación de la Facultad de Ingeniería de Univalle, orientados al saneamiento de aguas residuales mediante ecotecnologías y sistemas naturales de bajo consumo energético, así como del trabajo colaborativo con la plataforma Colectivo Río Cauca; conformada en 2017, por instituciones representativas de diferentes sectores, para promover acciones conjuntas encaminadas a recuperar la cuenca alta de esta importante arteria fluvial.

El trabajo colaborativo fue fundamental para la ejecución de este proyecto.

“Con el Colectivo Río Cauca veníamos trabajando desde 2020 en el diseño de proyectos que buscaban mejorar progresivamente la calidad del agua de la cuenca alta del Cauca, mediante Soluciones basadas en la Naturaleza. Se trata de unas tecnologías que en la universidad venimos desarrollando hace tiempo, pero que no habíamos probado a gran escala”, contó Carlos Madera, quien también está vinculado a los gurpos de investigación Gisam y ECCA de Univalle.

El trabajo colectivo, junto con el respaldo de diversas instituciones, hizo posible esta iniciativa, que en 2022 obtuvo financiación a través de la Convocatoria de la Asignación para la CTeI-Ambiental del SGR, organizada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación y financiada por el Sistema General de Regalías.  Así, el proyecto se estructuró en torno a los siguientes tres objetivos:

Objetivo 1: Identificar y medir los contaminantes agroquímicos y farmacéuticos presentes en el río Cauca.
Objetivo 2: Comprobar la eficacia de SbN para degradar y contener contaminantes de origen agrícola y farmacéutico.
Objetivo 3: Desarrollar un modelo para la gestión y el saneamiento de afluentes afectados por contaminación puntual y difusa mediante SbN.

Dichos objetivos se abordaron de la siguiente manera:

Objetivo 1: Medición e identificación de contaminantes en el Cauca

Para el primer objetivo, la investigación se centró en la medición e identificación de contaminantes de origen agrícola y farmacéutico, esto debido al interés en las posibles afectaciones al río.

“Los agroquímicos suelen tener gran incidencia en la contaminación difusa del río Cauca, pues se usan en grandes superficies de cultivo cercanas a él y, cuando llueve, son arrastrados hacia el afluente por las escorrentías que se forman”, explicó Carlos Madera.

El uso masivo de agroquímicos es un factor importante en la contaminación del río Cauca.

En cuanto a los fármacos, su presencia se origina casi exclusivamente a partir de vertimientos residuales provenientes de las poblaciones, lo que constituye una fuente de contaminación puntual.

“Los medicamentos llegan a los ríos por las descargas de aguas residuales urbanas, ya que su consumo ocurre principalmente en las ciudades, tanto en clínicas como en los hogares de los pacientes”, indicó la profesora e investigadora Martha Isabel Páez Melo, asesora de los procedimientos analíticos del proyecto.

Muestreo puntual y pasivo

La metodología empleada para la identificación de los contaminantes incluyó un monitoreo de la cuenca alta del río durante un año, en trece puntos ubicados entre Suárez (Cauca) y La Virginia (Risaralda), mediante técnicas de muestreo puntual y pasivo. El uso de ambos métodos fue clave: el primero permitió detectar sustancias presentes de forma permanente, mientras que el segundo facilitó la identificación de compuestos con aparición intermitente o en concentraciones tan bajas que pasarían inadvertidas con técnicas convencionales.

“Para el muestreo pasivo, usamos dispositivos con membranas de polímeros lipofílicos e hidrofílicos; lo que resultó fundamental para capturar las trazas de medicamentos y agroquímicos en los distintos puntos de monitoreo”, señaló Martha Páez.

Análisis de muestras

Una vez recolectadas, las muestras fueron distribuidas en tres laboratorios para su análisis.

TZW Karlsruhe Prüfstelle Wasser, de Alemania y Bioanalytics, de la Universidad del Valle, estuvieron a cargo de la detección de compuestos farmacéuticos, utilizando técnicas como la cromatografía líquida y la espectrometría de masas. Estas pruebas permitieron identificar 46 medicamentos; entre ellos, ibuprofeno, gemfibrozilo, naproxeno y carbamazepina.

Por su parte, el laboratorio Gicamp, adscrito al Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de Univalle, se encargó de la detección de agroquímicos en las muestras, aplicando técnicas como la cromatografía de gases y la espectrometría de masas. En este proceso se identificaron 86 agentes; incluidos, 3,4-dicloranilina, heptacloro, 4,4'-metoxicloro, bifenilo y DDT.

La convinación de técnicas de muestreo fue clave en el proyecto.

“Estos resultados son muy relevantes e impactantes, ya que sustancias como el heptacloro y la 3,4-dicloroanilina son altamente tóxicas para el ser humano y el ambiente. El heptacloro, en particular, es considerado cancerígeno”, puntualizó Martha Páez, quien también dirigió Gicamp cuando hacía parte del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de Univalle.

Los hallazgos confirmaron una alta amenaza para los ecosistemas acuáticos del río Cauca y reforzaron la urgencia de implementar sistemas capaces de mitigarla.

Objetivo 2: Aplicación de Soluciones basadas en la Naturaleza (biorremediación)

Para el segundo objetivo, la estrategia de mitigación de estos microcontaminantes se basó en Soluciones Basadas en la Naturaleza (SbN), sistemas que se inspiran en procesos y estructuras naturales para abordar desafíos sociales y ambientales como: el cambio climático, la seguridad alimentaria y la pérdida de biodiversidad. Estas tecnologías son contextuales, es decir, se diseñan específicamente para el entorno en el que serán implementadas. Además, suelen implicar menores costos económicos y generar múltiples cobeneficios.

“Estos sistemas son muy apropiados para el contexto colombiano, biodiverso y con grandes retos ambientales y sociales. Por ello, nos hemos enfocado en desarrollarlos, especialmente los relacionados con la biorremediación”, señaló Carlos Madera.

La biorremediación es un proceso biotecnológico mediante el cual bacterias, plantas o algas eliminan, reducen o transforman contaminantes presentes en suelos o cuerpos de agua. Estos organismos utilizan dichas sustancias como fuente de alimento, transformándolas en compuestos menos tóxicos o inofensivos mediante mecanismos naturales, como la oxidación y reducción.

“La ventaja es que se trata de un proceso que purifica el agua sin requerir sustancias químicas ni energía adicional a la disponible en el entorno. Además, permite aprovechar y potenciar la biodiversidad local”, añadió Carlos Madera.

Soluciones basadas en la naturaleza: laguna facultativa y humedal construido

Los prototipos integraron las tecnologías de laguna facultativa y humedal construido.

Con el objetivo de usar SbN para eliminar los contaminantes agrícolas y farmacéuticos en la parte alta del río Cauca, el equipo de investigadores diseñó dos prototipos que integran las tecnologías de laguna facultativa y humedal construido.

Una laguna facultativa es un sistema acuático que, combinando condiciones aeróbicas (con oxígeno) y anaeróbicas (sin oxígeno), permite la degradación de contaminantes mediante procesos bacterianos. En la capa superior de la laguna, diversas microalgas producen oxígeno (a través de la fotosíntesis), que es aprovechado por bacterias aerobias para descomponer la materia orgánica presente. En el fondo, bacterias anaeróbicas y facultativas degradan los sólidos sedimentados, transformándolos en gases como metano y dióxido de carbono.

Laguna facultativa instalada en el Distrito RUT.

“Además, en estos sistemas también puede ocurrir lo que se llama fotodegradación, que es cuando la luz rompe los enlaces químicos de ciertas sustancias y las va descomponiendo. Esto puede darse por fotólisis directa o indirecta”, explicó la investigadora Eliana Marcela Jiménez Bambague, una de las líderes en la implementación de las SbN.

Por su parte, un humedal construido es un sistema que imita el funcionamiento de los humedales naturales y su capacidad para depurar aguas contaminadas. Diseñados para permitir un flujo subsuperficial, estos sistemas integran: plantas, que absorben el exceso de nutrientes; microorganismos como las Pseudomonas y Aeromonas, que descomponen materia orgánica y otras sustancias; y un material de soporte, que actúa como filtro y retiene sólidos suspendidos; propiciando un trabajo simbiótico.

“En nuestros humedales usamos grava y un pool de plantas compuesto por tres especies: Heliconia psittacorum, Colocasia esculenta y Sagittaria latifolia, todas nativas y con la capacidad de absorber el exceso de nutrientes e, incluso, metales pesados”, aclaró el investigador Andrés Fernando Toro Vélez, coordinador técnico del proyecto.

Al hacer pasar las aguas residuales por estos sistemas, se logró capturar y degradar una parte significativa de los contaminantes presentes en ellas.


Humedal construido implementado en el  Canal Interceptor Sur.


Escenarios de descontaminación del Cauca: Cali y ASORUT

Los sistemas diseñados se instalaron en dos cuerpos de agua que desembocan en el río Cauca: uno en Cali y otro en el área del Distrito de Riego y Adecuación de Tierras de Roldanillo, La Unión y Toro (Distrito RUT).

En Cali, el prototipo de SbN se implementó para tratar el agua del Canal Interceptor Sur, esto con el objetivo de evaluar su impacto en la reducción de la contaminación asociada a fármacos.

“Particularmente, en ese canal terminan las aguas del clúster de salud de Cali, por lo que era el punto ideal para encontrar contaminantes emergentes de origen farmacéutico y poner a prueba las tecnologías”, explicó Carlos Madera.

En el caso del Distrito RUT, la elección se basó en que esta infraestructura abastece y drena agua a 10.258 hectáreas dedicadas a la agricultura, donde el uso intensivo de agroquímicos genera una importante fuente de contaminación difusa.

“La ventaja es que, al ser un distrito de riego, cuenta con un sistema de drenaje central que transporta agua de manera permanente, la cual contiene agroquímicos debido al proceso de lavado natural. Eso nos proporcionó una corriente hídrica con los compuestos de interés y en la que pudimos probar las tecnologías”, indicó Andrés Toro.

Resultados prometedores para contener la contaminación

Aguas residuales antes de pasar por los prototipos.

Tras un año de implementación, las SbN mostraron un impacto significativo en la calidad del agua tratada. En el caso de los agroquímicos, de once compuestos detectados en el drenaje del Distrito de Riego RUT, ocho redujeron su concentración de manera notable y cuatro disminuyeron su nivel de amenaza ecológica. Por ejemplo:
  • El 2-fenilfenol, un fungicida, redujo su concentración en un 93 % y su amenaza ecológica pasó de baja a nula.
  • El bifenilo, un insecticida, bajó su concentración en un 83 % y su nivel de amenaza ecológica descendió de bajo a nulo.
  • El heptacloro, un insecticida, disminuyó su concentración en un 58 %, reduciendo su nivel de amenaza ecológica de medio a bajo.
  • La 3,4-dicloranilina, un fungicida, redujo su concentración en un 51 % y su amenaza ecológica pasó de baja a nula.
“El humedal construido y la laguna facultativa mostraron un gran potencial para la biodegradación de agroquímicos organoclorados y organofosforados. Estas son sustancias tóxicas, persistentes y bioacumulables; es decir, que se acumulan en la cadena alimentaria en macroinvertebrados y peces”, destacó Andrés Toro.

En cuanto a la contaminación por fármacos, la combinación de ambas tecnologías permitió una reducción significativa de distintos compuestos: Los antiinflamatorios diclofenaco, paracetamol, ibuprofeno y naproxeno redujeron su concentración en un 68 %, 80 %, 94 % y 96 %, respectivamente. Los antiepilépticos gabapentina, carbamazepina y lamotrigina disminuyeron su concentración en un 23 %, 53 % y 80 %, respectivamente. El gemfibrozilo, un hipolipemiante, redujo su concentración en un 82 %. Los antibióticos sulfametoxazol, trimetoprima y metronidazol bajaron su concentración en un 50 %, 51 % y 80 %, respectivamente.

“Logramos reducir la amenaza ecológica del ibuprofeno, que tenía un nivel alto y pasó a bajo, y del diclofenaco, que de medio pasó a bajo. Y esto es muy importante porque son fármacos que pueden afectar el sistema endocrino de los peces, entre otras cosas”, añadió Eliana Jiménez.


Aguas residuales después de pasar por los prototipos.

Estos resultados confirmaron la efectividad de las Soluciones basadas en la Naturaleza para reducir la contaminación en cuerpos de agua. Además, su implementación evidenció múltiples cobeneficios, que van desde la captura de carbono hasta la conservación de la biodiversidad y provisión de hábitats.

“Por ejemplo, los humedales construidos terminaron siendo hogar de aves e, incluso, anfibios que han ido llegando. Además, ha habido un embellecimiento de las zonas con el florecimiento de las plantas”, puntualizó Eliana Jiménez.

Sin embargo, estos desarrollos aún deben optimizarse, pues enfrentan desafíos importantes, especialmente en lo relacionado con su eficiencia y escalabilidad, ya que se estima que requieren grandes extensiones para tratar volúmenes significativos de agua.

“Es una gran oportunidad para seguir avanzando en la investigación y desarrollar métodos de diseño y modelos que permitan aprovechar mejor los procesos naturales para este tipo de compuestos”, concluyó Andrés Toro.

Objetivo 3: Modelo de gestión de cuerpos de agua mediante SbN

Para el objetivo tres, se propuso un modelo de gestión para el control de la contaminación puntual y difusa mediante SbN, construido a partir de los aprendizajes obtenidos durante el diseño y la ejecución del proyecto. Se trata de una guía que ofrece herramientas para desarrollar, implementar y mantener este tipo de tecnologías de mitigación de contaminación en corrientes de agua con características similares a las del río Cauca.

“Es un documento que parte de la evidencia científica; es decir, de hechos comprobados; y la articula con políticas y normativas existentes, con el fin de orientar a quienes deseen implementar Soluciones basadas en la Naturaleza para mejorar fuentes de agua superficial afectadas por contaminación difusa o puntual”, explicó el investigador Daniel Ascúntar Ríos, líder de la estructuración del modelo.

Este modelo, el primero de su tipo en Colombia, define la ruta para identificar las problemáticas de contaminación en un cuerpo hídrico, establece criterios para seleccionar la SbN más adecuada y proporciona la información necesaria para diseñar la infraestructura correspondiente. Además, incluye directrices para asegurar una operación sostenible, desde su fundamentación científica hasta su viabilidad financiera.

“Para que estas soluciones tengan éxito, es necesario integrar a la sociedad civil, la academia, el sector privado y las instituciones en su desarrollo. Hay que considerar las circunstancias sociales y ambientales del territorio, lograr el compromiso de la comunidad, integrar los avances científicos, tener en cuenta los aspectos administrativos locales y, por supuesto, asegurar la sostenibilidad económica”, aclaró Daniel Ascúntar, quien también es docente de la UAO y Univalle.

Este documento podría convertirse en una herramienta clave para escalar y adaptar estrategias que enfrenten la contaminación en ríos como el Magdalena y el Atrato, dos afluentes estratégicos del país que, al igual que el Cauca, padecen una gestión inadecuada de sus aguas y, por ello, han sido reconocidos como sujetos de derecho.

El río Cauca fue declarado como sujeto de derechos el 20 de junio de 2019 por el Tribunal Superior de Medellín, que lo reconoció como merecedor de protección, conservación, mantenimiento y restauración por parte del Estado y de EPM.

“Este es un insumo que cualquier persona en Colombia puede aprovechar y, de la mano de los entes administrativos, privados y sociales, usar para mejorar nuestros ríos. Obviamente, realizando los ajustes necesarios, pero siguiendo unos lineamientos sustentados en la ciencia y en las políticas correspondientes”, destacó Daniel Ascúntar.

Retos y transformaciones necesarias

Tras el éxito del proyecto Contribución a la recuperación de la cuenca alta del río Cauca como sistema socioecológico mediante la mitigación de la contaminación puntual y difusa a través de Soluciones Basadas en la Naturaleza, la visión de los investigadores es comenzar a implementar estas tecnologías en poblaciones pequeñas.

“La idea es llevar estas tecnologías a municipios, como Vijes, o a barrios urbanos pequeños y observar su impacto en los afluentes. Así adquirimos experiencia y conocimiento para optimizarlas y, luego, adaptarlas. Además, esto nos brinda un aprendizaje invaluable para contribuir a la construcción de políticas públicas que integren estas alternativas”, concluyó Carlos Madera.

De esta manera, las Soluciones basadas en la Naturaleza se consolidan como una alternativa eficaz para mitigar la contaminación de origen agrícola y farmacéutico en los cuerpos de agua, mejorando su calidad y generando cobeneficios que hagan más sostenibles las actividades humanas.

Entidades y profesionales comprometidos con la recuperación del río Cauca

Principales líderes del proyecto Contribución a la recuperación de la cuenca alta del río Cauca como sistema socioecológico mediante la mitigación de la contaminación puntual y difusa a través de Soluciones Basadas en la Naturaleza.

Esta iniciativa no habría sido posible sin el aporte técnico, institucional, operativo y financiero de las siguientes organizaciones, a quienes la Universidad del Valle agradece su participación decidida y colaborativa:
Asimismo, destacamos el compromiso y la dedicación de cada uno de los integrantes del equipo de trabajo, investigadores, profesionales y técnicos, cuya labor fue fundamental para el diseño y la ejecución de este proyecto:
  • Alfonso Lenis Libreros 
  • Andrés Felipe Guiral González  
  • Andrés Fernando Toro Vélez
  • Carlos Arturo Madera Parra
  • Cristhian Andrés Córdoba Bravo
  • Daniel Ascúntar Ríos
  • Daniela Miranda Mosquera
  • Duván Fernando Castillo Gómez
  • Eliana Marcela Jiménez Bambague
  • Elidier Gómez Sánchez
  • Fernando Rodríguez Ramírez
  • Jaime Mosquera Restrepo
  • Jhovana Reina García
  • Juan Manuel Peña Herrera
  • Lina Marcela Hernández Giraldo 
  • Luis Darío Sánchez Torres
  • Luisa Fernanda Grijalba Grijalba
  • Manuela Rodríguez Gutiérrez
  • María Camila Bolaños Erazo
  • Mario Andrés Gandini Ayerbe
  • Martha Isabel Páez Melo
  • Melina Lizeth Ruiz Arrechea
  • Michel Fernanda Balanta Galvis 
  • Miguel Ricardo Peña Varón
  • Nataly Castro Vera
  • Nicolás Andrés Rodríguez Romero
  • Olga Lucia Castaño Henao
  • Robin Alexis Olaya
  • Samy Andrés Mafla Noguera
  • Sandra Paola Rincón Anteliz
  • Valentina Benítez Sepúlveda
¡Felicitaciones a todas y todos por su valioso aporte a este proyecto, que podría marcar el inicio de una nueva etapa para la cuenca alta del río Cauca!

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