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重構(gòu)全球生物多樣性監(jiān)測(cè),亟需九大轉(zhuǎn)變 | 海潮天下·前沿

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本文來源于海潮天下(Marine Biodiversity)
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本文約5400字,閱讀約8分鐘

出品 | 海潮天下

【海潮天下·導(dǎo)讀】2026年3月4日,《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)發(fā)表了一篇頗具影響力的綜述性論文,提出生物多樣性測(cè)量的九大變革方向。該文強(qiáng)調(diào),當(dāng)前的生物多樣性危機(jī)下,亟需從傳統(tǒng)的單一物種觀測(cè)轉(zhuǎn)向集成AI、聲學(xué)監(jiān)測(cè)、eDNA和遙感技術(shù)的“透明生態(tài)系統(tǒng)”監(jiān)測(cè)。論文核心觀點(diǎn)認(rèn)為,必須在計(jì)算科學(xué)家、分子生物學(xué)家與土著社區(qū)之間建立“激進(jìn)的跨界協(xié)作”,以構(gòu)建一個(gè)能夠適應(yīng)2030年后《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》(GBF)率信息系統(tǒng)。這反映了保護(hù)生物學(xué)從“現(xiàn)狀記錄”向“實(shí)時(shí)反饋與干預(yù)”的思潮轉(zhuǎn)變。


▲上圖:該文匯總了衡量全球生物多樣性現(xiàn)狀的一系列關(guān)鍵數(shù)據(jù)。作者團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)呈現(xiàn)了對(duì)這一本質(zhì)上具有多面性和異質(zhì)性的概念及現(xiàn)象進(jìn)行全球量化評(píng)估后的核心成果。論文出處:Sutherland J W ,Burgess D N ,Edwards V S , et al.(2026)

重塑全球生物多樣性信息系統(tǒng)

劍橋大學(xué)動(dòng)物學(xué)系的威廉·薩瑟蘭教授領(lǐng)銜,聯(lián)合內(nèi)爾·伯吉斯、斯科特·愛德華茲以及吉恩·羅賓遜等40余位涵蓋生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)及政策研究的國際專家,共同完成了一項(xiàng)具有里程碑意義的研究。該項(xiàng)研究于2026年3月4日正式發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上,題為《實(shí)現(xiàn)生物多樣性測(cè)量根本性變革所需的九項(xiàng)改變》。這篇深度評(píng)述系統(tǒng)梳理了當(dāng)代監(jiān)測(cè)技術(shù)的跨越式演進(jìn),針對(duì)全球生態(tài)治理中長(zhǎng)期存在的數(shù)據(jù)碎片化、技術(shù)壁壘及倫理困境,提出了一套旨在重塑全球生物多樣性信息系統(tǒng)的行動(dòng)路線圖。

在全球人類活動(dòng)壓力持續(xù)增強(qiáng)的背景下,生物多樣性的急劇下降已不僅是生態(tài)議題,它成了威脅社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)。

薩瑟蘭團(tuán)隊(duì)在文中強(qiáng)調(diào),精準(zhǔn)且可靠的生物多樣性測(cè)量是所有保護(hù)行動(dòng)、恢復(fù)工程及可持續(xù)管理政策的邏輯起點(diǎn)。當(dāng)前,我們正處于一場(chǎng)由新興技術(shù)驅(qū)動(dòng)的監(jiān)測(cè)革命之中,從公民科學(xué)的廣泛參與,到聲學(xué)監(jiān)測(cè)、環(huán)境DNA(eDNA)、基因組學(xué)、高分辨率遙感、以及人工智能(AI)的深度融合,這些技術(shù)正在以前所未有的尺度和精度重塑人類對(duì)自然的認(rèn)知。

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▲上圖:2024年的一次海洋生物多樣性監(jiān)測(cè)中,在航拍鏡頭下,鯨鯊覓食區(qū)附近的海面熱鬧非凡,一群長(zhǎng)吻真海豚正在進(jìn)行群體交配。一只身形嬌小的雌海豚游在上方,身下有一只雄海豚肚皮朝上、身體翻轉(zhuǎn)著與之相伴,而這場(chǎng)交配并不是一對(duì)一的——總共有四只雄海豚,輪番參與到和這只雌海豚的交配活動(dòng)里,這是這種海洋生物獨(dú)特的繁衍習(xí)性的一個(gè)特點(diǎn)。?攝影:王敏幹(John MK Wong)| 海潮天下(Marine Biodiversity)

監(jiān)測(cè)技術(shù)的新疆界

數(shù)據(jù)的海量涌現(xiàn)

該研究首先揭示了當(dāng)前生物多樣性數(shù)據(jù)產(chǎn)出的“爆炸式增長(zhǎng)”態(tài)勢(shì)。全球生物多樣性信息網(wǎng)絡(luò)(Global Biodiversity Information Facility, GBIF)作為核心平臺(tái),其管理記錄的增長(zhǎng)速率已超過每年4.2億條。這一數(shù)據(jù)洪流,整合了博物館與標(biāo)本館的數(shù)字化館藏、環(huán)境DNA采集、以及諸如eBird觀鳥平臺(tái)、以及iNaturalist等公民科學(xué)平臺(tái)的實(shí)時(shí)觀測(cè)。截至2025年6月,eBird記錄的觀察數(shù)據(jù)已突破20億條,參與人數(shù)超過了110萬。這種社會(huì)化觀測(cè)模式+自動(dòng)化技術(shù)的結(jié)合,使得對(duì)物種分布、種群趨勢(shì)以及棲息地變化的實(shí)時(shí)追蹤成為了可能。

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▲上圖:細(xì)心的朋友們可能會(huì)發(fā)現(xiàn),3年之前,全球生物多樣性信息平臺(tái)(GBIF)是沒有eDNA數(shù)據(jù)類型的。但是前兩年開始,已經(jīng)開始納入并整合eDNA(環(huán)境DNA)數(shù)據(jù),這是GBIF邁向未來、豐富其數(shù)據(jù)類型的非常重要的一步。其目標(biāo)是,讓eDNA數(shù)據(jù)生產(chǎn)者能夠更輕松地將其數(shù)據(jù)集以標(biāo)準(zhǔn)化格式發(fā)布到GBIF,確保數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)、可訪問、可互操作和可重用(FAIR原則)。目前,GBIF已經(jīng)建立了eDNA數(shù)據(jù)發(fā)布的最佳實(shí)踐指南,并創(chuàng)建了數(shù)據(jù)管理工具,幫助研究人員將其eDNA元數(shù)據(jù)和物種出現(xiàn)記錄轉(zhuǎn)換為GBIF支持的格式(如Darwin Core Archive)。上圖是GBIF的一些數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的宣傳單。?Linda Wong 攝于GBIF亞洲區(qū)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)會(huì)議后 | 海潮天下(Marine Biodiversity)

在分子生物學(xué)領(lǐng)域,環(huán)境DNA(#eDNA)技術(shù)的成熟標(biāo)志著生物監(jiān)測(cè)進(jìn)入了“遺傳痕跡”時(shí)代。通過對(duì)水體、土壤甚至空氣樣本的檢測(cè),科學(xué)家能夠識(shí)別出環(huán)境中存在的各種生物。這種技術(shù)不僅能用于監(jiān)測(cè)當(dāng)前的生態(tài)系統(tǒng),甚至能揭示深埋于永凍土、或湖泊沉積物中的遠(yuǎn)古生命。文中引用了格陵蘭島兩百萬年前沉積物的研究實(shí)例,展示了eDNA在重現(xiàn)古代植被與大型哺乳動(dòng)物(如乳齒象)景觀方面的驚人潛力。

與此同時(shí),諸如地球生物基因組計(jì)劃(Earth BioGenome Project, EBP)等宏大工程,正致力于在2031年前生成15萬個(gè)物種的高質(zhì)量參考基因組,這將為理解遺傳多樣性、評(píng)估物種對(duì)氣候變化的韌性打下基礎(chǔ)。

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(圖文無關(guān))▲上圖:猛犸象(Mammuthus)的皮毛。這是它們適應(yīng)寒冷環(huán)境的重要特征之一,尤其在冰期的嚴(yán)寒氣候中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。猛犸象的皮毛密集且厚重,通常由長(zhǎng)而粗的外毛和一層短而濃密的絨毛組成,形成雙層防寒的結(jié)構(gòu)。外層毛發(fā)呈棕色或黃色,有助于抵御寒風(fēng)和低溫,而內(nèi)層的絨毛則為其提供了額外的保暖效果。猛犸象的皮毛除保持體溫,還能有效防止冰雪和濕氣滲透。此外,猛犸象的耳朵較小,進(jìn)一步減少了熱量的散失。這些適應(yīng)性特征幫助猛犸象在極寒的環(huán)境中生存,直到其在約4000年前的滅絕。?Linda Wong 攝于國家自然博物館 | 海潮天下(Marine Biodiversity)

在感知與識(shí)別技術(shù)方面,深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的圖像與聲學(xué)識(shí)別系統(tǒng)正走向規(guī)?;瘧?yīng)用??的螤柎髮W(xué)開發(fā)的鳥網(wǎng)(BirdNET)系統(tǒng)到2025年已能識(shí)別超過三千種鳥類,其準(zhǔn)確度足以復(fù)制人類觀察者的季節(jié)性探測(cè)模式。而在海洋環(huán)境中,分布式聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)正被用于追蹤鯨類、魚類的行為,甚至能發(fā)現(xiàn)科學(xué)界尚未描述的新物種。衛(wèi)星遙感技術(shù)則提供了宏觀的視覺支撐,歐洲航天局(ESA)的Sentinel-2衛(wèi)星以10米的分辨率、每5天的更新頻率,實(shí)時(shí)記錄著全球森林砍伐、土地利用變化以及紅樹林等沿海系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。


▲上圖:珠海淇澳島紅樹林濕地保護(hù)區(qū)的招潮蟹。該保護(hù)區(qū)位于伶仃洋畔,有大片茂密的紅樹林。這片濕地生態(tài)系統(tǒng),為眾多鳥類、魚類和其他海洋生物提供了棲息和繁衍的場(chǎng)所,也發(fā)揮著防風(fēng)固浪、凈化水質(zhì)等重要的生態(tài)功能。?張效唯 攝影

九大根本性改變

盡管技術(shù)手段日新月異,但研究團(tuán)隊(duì)清醒地指出,單純的技術(shù)堆砌,恐并不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為有效的保護(hù)成果。為了應(yīng)對(duì)全球生物多樣性危機(jī),必須在監(jiān)測(cè)體系上實(shí)現(xiàn)九項(xiàng)根本性轉(zhuǎn)變。

第一,必須充分利用新技術(shù)整合多元數(shù)據(jù)源的能力。傳統(tǒng)的生物多樣性信息往往是孤立的,如單一的視覺觀察或聲學(xué)記錄。未來的監(jiān)測(cè)應(yīng)致力于構(gòu)建全景式模型,將衛(wèi)星遙感的宏觀視角與地面?zhèn)鞲衅?、環(huán)境DNA及原住民知識(shí)(Indigenous Knowledge)的微觀視角深度耦合。研究特別提到了生成式人工智能在處理這些互不相干的數(shù)據(jù)源、揭示隱藏模式方面的巨大潛力,但也強(qiáng)調(diào)這種洞察力必須建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹罢嬷怠保℅round truth)驗(yàn)證之上。

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▲上圖:澳大利亞知名的生態(tài)學(xué)家和爬行動(dòng)物學(xué)家阿瑟·喬治(Arthur Georges)在2025年3月22日于武漢舉辦的第二十屆國際基因組學(xué)大會(huì)(ICG-20)上,他發(fā)表了題為《未來一瞥:組學(xué)技術(shù)解析環(huán)境變化下的快速進(jìn)化》的學(xué)術(shù)報(bào)告,探討組學(xué)技術(shù)如何助力理解生物在環(huán)境壓力下的快速適應(yīng)機(jī)制。?Linda Wong 攝影 | 海潮天下(Marine Biodiversity)

第二,確立全球統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議已迫在眉睫。目前,不同國家、機(jī)構(gòu)及科研團(tuán)隊(duì)在數(shù)據(jù)采集方法上的不一致,嚴(yán)重阻礙了全球尺度的橫向?qū)Ρ扰c長(zhǎng)期趨勢(shì)評(píng)估。研究建議由國際組織牽頭,開發(fā)一套分層的、模塊化的監(jiān)測(cè)框架,涵蓋從數(shù)據(jù)獲取、指標(biāo)計(jì)算到最終報(bào)告的全流程。這不僅包括遵循數(shù)據(jù)的公平性原則(FAIR,即易發(fā)現(xiàn)、可獲取、互操作、可重用),還需遵循針對(duì)原住民知識(shí)的關(guān)懷性原則(CARE,即集體利益、權(quán)威控制、責(zé)任、倫理)。

第三,新舊技術(shù)的協(xié)同標(biāo)定是確保歷史連續(xù)性的關(guān)鍵。當(dāng)監(jiān)測(cè)手段從傳統(tǒng)的人工樣帶調(diào)查轉(zhuǎn)向全自動(dòng)的傳感器識(shí)別時(shí),觀測(cè)數(shù)據(jù)的跳躍可能導(dǎo)致誤判生態(tài)趨勢(shì)。作者團(tuán)隊(duì)指出,必須在新舊方法更迭期間,于重疊區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)期的并行運(yùn)行(Cross-calibration),通過數(shù)學(xué)標(biāo)定將歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)代高通量數(shù)據(jù)整合進(jìn)統(tǒng)一的時(shí)間序列中。

第四,彌補(bǔ)全球地理與分類學(xué)的數(shù)據(jù)缺口,以確保公正治理。目前的數(shù)據(jù)積累存在顯著的“魅力生物偏好”,鳥類占據(jù)了GBIF數(shù)據(jù)的絕對(duì)主體,而對(duì)于熱帶地區(qū)、深海生態(tài)系統(tǒng)、土壤微生物以及絕大多數(shù)無脊椎動(dòng)物(Dark biodiversity,即黑暗生物多樣性),人類的認(rèn)知依然處于匱乏狀態(tài)。這種數(shù)據(jù)偏見直接影響了保護(hù)政策的制定,導(dǎo)致許多高度瀕危、但缺乏數(shù)據(jù)的物種被排除在決策視野之外。

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第五,針對(duì)人工智能帶來的信息安全挑戰(zhàn),建立受保護(hù)的“活數(shù)據(jù)庫”。隨著AI技術(shù)的普及,海量的虛假信息(AI幻覺)或偽造數(shù)據(jù)可能污染科學(xué)文獻(xiàn)、污染監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫?,F(xiàn)有的處理流程似乎難以有效應(yīng)對(duì)這一難題。作為黃金標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)綜述耗費(fèi)巨大,然而許多綜述已在不知不覺中引用了被撤回的文獻(xiàn),且在獲知撤稿信息一年后,仍有89%的引用未得到更正。隨著人工智能偽造材料數(shù)量的激增,這一問題將進(jìn)一步惡化。該研究團(tuán)隊(duì)提議,應(yīng)該建立一個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合的、動(dòng)態(tài)更新的證據(jù)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò),以確保研究結(jié)果的科學(xué)完整性,通過自動(dòng)化篩選+專家審核相結(jié)合的方式,維護(hù)一個(gè)持續(xù)更新的、經(jīng)實(shí)證檢驗(yàn)的證據(jù)數(shù)據(jù)庫,以防范虛假科研成果干擾生態(tài)評(píng)估。

第六,必須在科研文化中重新評(píng)估數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的價(jià)值。長(zhǎng)期以來,野外實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)采集被視為“低價(jià)值勞動(dòng)”。研究呼吁,應(yīng)當(dāng)通過數(shù)字對(duì)象標(biāo)識(shí)符(DOI)引用、聯(lián)合署名權(quán)以及專項(xiàng)資金支持,給予一線監(jiān)測(cè)者、公民科學(xué)家及原住民社區(qū)應(yīng)有的學(xué)術(shù)與經(jīng)濟(jì)激勵(lì),避免出現(xiàn)“使用者獲益、生產(chǎn)者無名”的掠奪式模型。

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▲上圖:eDNA技術(shù)為生物多樣性保護(hù)和土地治理提供了一種強(qiáng)有力的非侵入式工具,盡管它并非萬能,但其在追蹤野生動(dòng)物蹤跡方面的潛力巨大。近日發(fā)表的了另外一項(xiàng)研究在加拿大魁北克的Abitibiwinni Aki(即Abitibiwinni原住民的祖先土地)進(jìn)行,研究團(tuán)隊(duì)與Abitibiwinni第一民族的成員共同開發(fā)了eDNA采樣協(xié)議,并對(duì)不同采樣方法和底物進(jìn)行比較,特別關(guān)注雪、塵土和水等不同采樣介質(zhì)對(duì)陸生物種的檢測(cè)能力。實(shí)驗(yàn)的對(duì)象為三種具有文化和生態(tài)重要性的鹿科物種——駝鹿(Alces americanus)、白尾鹿(Odocoileus virginianus)和馴鹿(Rangifer tarandus)。圖源:Paul Asman and Jill Lenoble

第七,尊重并深度融合原住民與地方知識(shí)(Indigenous and local knowledge)。原住民社區(qū)管理著全球大量的生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū),其世代相傳的生態(tài)觀察具有極高的科學(xué)價(jià)值。諸如北極地區(qū)的PISUNA計(jì)劃(Piniakkanik Sumiiffinni Nalunaarsuineq)已經(jīng)證明,在尊重原住民知情權(quán)、主權(quán)的前提下,將傳統(tǒng)知識(shí)與科學(xué)監(jiān)測(cè)結(jié)合,能產(chǎn)生遠(yuǎn)超單一手段的治理成效。

第八,確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠直接量化保護(hù)行動(dòng)的成效。監(jiān)測(cè)的最終目的不應(yīng)僅僅是記錄物種的消亡,而應(yīng)成為評(píng)估政策有效性的反饋環(huán)。未來的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)從一開始就納入對(duì)保護(hù)措施(如退耕還林、建立禁獵區(qū))的績(jī)效評(píng)估,為證據(jù)支撐的決策(Evidence-based decision-making)提供數(shù)據(jù)閉環(huán)。

第九,增強(qiáng)全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)韌性。面對(duì)地緣政治變動(dòng)、資金波動(dòng)以及技術(shù)迭代,全球性的生物多樣性監(jiān)測(cè)平臺(tái)必須具備抵御社會(huì)與技術(shù)波動(dòng)的能力,確保關(guān)鍵的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不會(huì)因?yàn)槎唐谝蛩囟袛唷?/p>

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)直接量化保護(hù)行動(dòng)的成效。監(jiān)測(cè)的最終目的不只是記錄物種的消亡,而應(yīng)成為評(píng)估政策有效性的反饋環(huán)。未來的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)從一開始就納入對(duì)保護(hù)措施的績(jī)效評(píng)估,為基于證據(jù)的決策提供數(shù)據(jù)閉環(huán)。此外,面對(duì)地緣政治變動(dòng)、資金波動(dòng)以及技術(shù)迭代,亟需增強(qiáng)全球監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)韌性,全球性的生物多樣性監(jiān)測(cè)平臺(tái)必須具備抵御社會(huì)與技術(shù)波動(dòng)的能力,確保關(guān)鍵的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不會(huì)中斷。

該研究團(tuán)隊(duì)指出,實(shí)現(xiàn)生物多樣性監(jiān)測(cè)的徹底變革,需要一場(chǎng)廣泛的跨界協(xié)作。這就不只是生態(tài)學(xué)家的分內(nèi)事了,計(jì)算機(jī)科學(xué)家、硬件工程師、分子生物學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、原住民領(lǐng)袖以及政策制定者都需要參與其中。當(dāng)這種嚴(yán)謹(jǐn)、透明且具備復(fù)原力的信息系統(tǒng)真正建立,并能夠?qū)崟r(shí)反映全球生物多樣性框架等國際公約的進(jìn)展時(shí),人類才真正擁有了扭轉(zhuǎn)生物多樣性喪失趨勢(shì)的可靠工具。這一變革將為地球生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)與人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)底座。

生物多樣性監(jiān)測(cè)·趨勢(shì)


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資訊源 | PNAS

文 | 王海詩

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

時(shí)間 | 2026年4月

#eDNA

【參考資料】

感興趣的海潮天下(Marine Biodiversity)讀者可以參看該研究的全文:
W.J. Sutherland,N.D. Burgess,S.V. Edwards,J.P.G. Jones,P.S. Soltis,D. Tilman,J.M. Allen,H.T. Andrianandrasana,C.J. Armour,T. August,K.S. Bawa,S. Bailey,T. Birch,P.H. Boersch-Supan,J. Cavender-Bares,M. Blaxter,R. Chaplin-Kramer,B.H. Daru,A. De Palma,[...] & G.E. Robinson, Nine changes needed to deliver a radical transformation in biodiversity measurement, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (10) e2519345123, https://doi.org/10.1073/pnas.2519345123 (2026).
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2519345123


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環(huán)境DNA
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「海潮天下」(Marine Biodiversity)聚焦全球生物多樣性治理,以科學(xué)視角解讀生態(tài)系統(tǒng)奧秘,分享全球前沿研究與自然保護(hù)實(shí)踐,提供學(xué)術(shù)服務(wù)平臺(tái),助力中國科研人員參與全球環(huán)境治理。從神秘的深海生物到脆弱的珊瑚礁系統(tǒng),從極地生態(tài)到可持續(xù)漁業(yè)和陸地生態(tài)系統(tǒng),從環(huán)境法前沿到塑料污染談判、以及即將生效的BBNJ……我們致力于打造最新、最快、客觀中立、高質(zhì)量的生物多樣性傳播與學(xué)術(shù)橋梁,爭(zhēng)取不辜負(fù)讀者的每一分鐘。歡迎關(guān)注!

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