人体冷冻是一门新兴的科学,主要研究体温对寿命的影响。降低体温的实验已经取得了良好效果。如果将人的体温降低两度,那么一个人便可以多活120到150 年。果真如此,人类就能活到700甚至800岁。但是,实验刚刚开始,所以现在向世人宣称“我们已征服了死亡”还为时尚早。中国首例人体冷冻人是61岁的重庆女作家杜虹,对她进行了头部冷冻。中国本土首例人体冷冻2017年8月完成,是一位叫展文莲的49岁女士。

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    西医学名
    人体冷冻
    英文名称
    Cryonics Technology
    第一个冷藏人
    詹姆斯·贝德福
    主要研究
    体温对寿命的影响

    1简介

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    为了研究人体冷冻,科学家们需要建一些特殊用途的“农场”,里面安上生产液态氮的装置。人体冷冻这项服务对大多数人来说或许是很经济的:冷冻一个人体的价格大约为2000美元。经过这样处理的人实际上便停止了死亡。这种想法在20年后也许真的会变成现实。

    美国物理学家詹姆斯·贝德福就是世界上第一个被人工冷藏的人,他是1967年1月19日开始被冷藏的。

    人体冷冻术也面临着道德方面的问题。一个经冷冻处理的人能适应100或200年后的全新生活吗?这不排除一个“复活”的人会对新生活感到绝望、发疯的可能性。在不朽人群出现之前,人们的确需要先考虑好这些问题。

    当太阳的直射点逐渐移往南半球时,冬天的足步就开始向我们走来,生活在地球最寒冷区域之一的北极熊也即将展开它漫长的冬眠。动物在冬眠的时候,体内的物质代谢过程减缓,几乎不需要补充外界的食物,就可安然度过漫长寒冷的冬季。这些观察很自然地激发了科幻小说作家的想象,当宇宙冒险的题材为读者所追捧的时候,冬眠机几乎是所有宇宙飞船上的标准配置。1968年,库布里克导演的几乎没有台词的著名影片《2001太空漫游》中就有它们的身影。抛开科幻题材不论,低温甚至超低温下的世界一直吸引着物理学家和生物学家的极大兴趣。许多物质在低温、超低温下会发生一些非常有趣奇妙的变化,比如透明的空气在- 190℃ 下会变成浅蓝色的液体,液态氦变成超流体,而许多金属和化合物的电阻则会完全消失转变成超导体。2001早已经过去了,目前载人飞船最远只到过月球。而人体冷冻复苏技术依然如数十年前一样属于科幻题材,究竟是什么在阻碍着这一梦想成为现实?


    这是美国阿尔科生命延长基金会(Alcor Life Extension Foundation)的工作现场。这是美国阿尔科生命延长基金会(Alcor Life Extension Foundation)的工作现场。


    2低温危险

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    生命世界基本上属于一个化学世界,而化学反应的速度总是随着温度的下降而减缓,并最终停止。常见的由微生物所引起的食物腐败就是一个典型的化学反应,这样的化学反应可以被低温延迟。很早以前,人们就知道储存冬天的冰块,以便在夏季用来长期保存食物,而冰箱的发明则将从前贵族才能享受的生活普及给了大众。所以,从理论上说,生命的进程应该也可以随着温度的下降逐渐减缓并最终定格,然后再随着温度的回升而再次复苏。

    的确,人们在自然界中观察到一些生物具有惊人的抗冻能力,它们能保持在“暂停”状态等待温度的回升。梨树在-20~-33℃、苹果树在-46℃ 的低温下休眠一冬之后,仍能春暖花开传宗结果。而某些温带海域,冬季夜晚的温度可以下降到-20~-30℃,海滩上遍布的软体动物如贻贝、牡蛎等径直化为冰雕,但当潮水回涨,它们仿佛睡美人般再次苏醒。但更多的动物和植物则对低温十分敏感,它们的生命在寒风中飘逝,再也没有醒来的机会。

    数十年来,许多生物学家致力于探索低温对生命造成威胁的根本缘由,通过研究抗冻生物所具有的抗冻物质的保护作用以及对细胞的冷冻实验,目前有两大相互补充的理论可以对此作出基本解释:低温导致的化学损伤以及冰晶伤害。

    化学损伤的原因很多,但最基本的来自于氧气及其衍生物的强大破坏能力,构建生命体的大多数物质都会因氧化而丧失功能。当地球上诞生了第一种能利用阳光、水和二氧化碳制造葡萄糖的生命形式后,氧作为此过程的副产物被释放到大气中,伴随着氧气浓度的逐渐升高,当时的大多数生命体,被无情的氧化作用淘汰出局,这即是古生物学家认定的第一次生物大灭绝。今天,氧不被称为毒气而是生命之息,是因为,在亿万年前,一种微生物“学会”了驾驭氧,利用它强大的氧化能力,分解有机分子借此获得大量能量。因为我们还不太清楚的原因,这种微生物放弃了独立的生活方式,演化成原始真核细胞中的线粒体。正是由于,快速大量的能量供应使得多细胞的生命形式成为可能,而我们正是原始真核细胞的后代子孙。

    然而,无论氧气多么的重要,也不能掩盖它氧化分解摧毁生命分子的本质。尤其在细胞主动利用氧的情况下,会有生成大量比分子氧更加活泼的自由基。在正常情况下,细胞利用一系列的酶,直接或间接的对抗氧及其自由基所带来的损伤。但随着温度的下降,虽然破坏的速度也随之下降,但因酶的催化才加速的对抗能力,随着酶的活性剧烈下降,而急剧降低,本来平衡的化学反应最终倒向了破坏的一方。从根本上而言,生命作为一种有序结构,本来就是一种钢丝上的舞蹈,平衡如果崩解,生命自然就此终结。当然平衡的崩溃速度,对不同的生命形式而言,差异很大,许多植物的种子只需零度左右的低温,就可显著延长储存期,同时不会受到明显的化学伤害。但要长时间储存动物细胞,需要低得多的温度。

    至于冰晶伤害,和水的性质有关,水是一种少见的在结晶固化后,体积不减反增的物质,这是冰块可以漂浮在水面上的原因。而因冰冻暴裂的水管,可以让你直观地想象到细胞冻结暴裂的场景。除此之外,冰晶的刚性结构,会将其他物质排斥在外,导致尚未冻结的液体中溶质的浓度大幅上升,过高的盐浓度以及有害物质可直接损伤细胞。

    3安全冻结

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    从基本的物理和化学规律,可以推导出长时间储存动物细胞,通常需要-120℃,当然-196℃更好,在这样的温度下,一切化学进程都几乎完全停滞,除非储存时间以地质时间为标尺,此时惟一的伤害来自于高能射线的,但这通常需要数百年的时间才会具有真正的威胁。数十年的研究,科学家发现,冻结和复苏动物细胞时,存在一个明显的危险温区,0~-60℃,损伤主要发生在这个温区。如何度过这个危险温区安全抵达-120℃,就是研究的重点,先让我们看看在冻结动物细胞时,可能发生的事情。

    最困难的部分是大脑的冷冻和解冻。最困难的部分是大脑的冷冻和解冻。

    细胞的冻结,通常是从-5℃开始,这是因为细胞内外的液体都是盐溶液。当细胞内外的液体进入过冷态后,细胞外液率先结冰,这些冰基本上由不含盐分的水构成。如果降温过快,这些冰就可能突破细胞膜进入细胞,或者细胞内液也迅速开始结冰,这些快速生长的冰晶几乎一定会导致细胞膜发生严重损伤,复苏的希望就此终结。那么抗寒生物的能力从何而来?答案是甘油类抗冻物质的合成。

    甘油溶液的冰点很低,当细胞外液开始结冰后,胞内液的温度还在冰点之上。而伴随着结冰的过程,外液的盐浓度开始上升,在渗透作用的影响下,细胞开始脱水,速度因细胞膜等因素的不同而有所差异。细胞体积收缩,一方面可以规避胞外的冰晶,一方面还可进一步降低胞内的冰点。所以,这些抗冻生物的细胞在自然环境的低温下,大多并没有被真正冰冻,这就有效了防止了冰晶的损伤。而这些抗冻物质的存在,还可防止细胞过度脱水收缩带来的损伤,同时使得有害物质的浓度不会上升得太高,减缓了可能的化学伤害。

    但要想在数年甚至更长的时间内保存细胞,零下数十度的温度是太高了,不冻结住胞内的液体,化学损伤就无法真正避免。而冻结胞内液体的时机选择就是关键中的关键,如果一直低速降温,那么细胞就可能过度收缩,同时高浓度的胞内溶液将直接损伤细胞。所以,我们需要当细胞收缩恰到好处之时,急速降温冻结住胞内液体。而研究显示,不同的细胞,安全冻结的降温以及复苏的过程差异很大。这就是为什么,直到今天为止,器官移植中“浪费”现象非常严重,一个器官由太多不同类型的细胞构成,要长时间的安全冻存,今天的科技还无法做到。当然对低温生物学的研究,已经大幅度地延长了器官的保存时间,比如肾脏,从前离体后,必须在6小时内移植,而通过低温抗冻液体灌流术,已经可以延长到72小时,但这点时间依然太短。许多志愿捐献的器官,在突发事件发生后,根本来不及移植给任何人,就彻底地死亡。这是不是意味着,类似冬眠机这样的东西永远都只能属于科学幻想呢?低温生物学的新发现,也许可以帮助我们开辟另一条安全冻结之路。

    4生命之冰

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    液体转变成固体有两种方式,一是经过相变,以晶体方式的不连续地固化,而玻璃态固化过程中不经历相变,液体连续地被固化。其结果是玻璃化态下的固体,依然具有流动性,也就是说你可以认为常温下的玻璃是一种奇特的液体,但是它的粘滞度比普通液体高得多,要想观察到它的流动现象,需要等待百年的时光。如果水在常压下以每秒100万度的速度冷却,就可以形成低密度无定形冰,也即是玻璃化的冰。这种形态的冰最初是在彗星中发现的,低密度无定形冰可能是宇宙制造有机分子的“实验室”,虽然时间以十万年为单位,这些分子很有可能参与了生命的起源过程。在地球上,1985年,人们在实验室制造出了无定形冰,这是在研究真空中缓慢沉积的水蒸气的行为时偶然实现的。超低温生物学家发现,凡是成功的超低温保存,细胞内的溶液均以玻璃态的形式被固化,亦即在胞内不会出现晶态的冰。

    当前的研究热点在于,如何实现超快速冷冻,可以让细胞直接进入玻璃化状态,寻找新型玻璃化溶液,以便让组织、器官甚至完整的生物体比如人,进入玻璃化状态。去年六月一则科学新闻让我们看到一点希望,芬兰赫尔辛基大学的阿纳托利·博葛丹博士,在研究低密度无定形冰时,发现水可以被缓慢地过度冷却为玻璃状,同时缓慢的升温也可避免结晶的形成。这个发现如果能反复再现的话,无疑将极大地促进超低温生物保存技术的发展,毕竟超快速降温以及寻找特别的玻璃化溶液都均非易事。无论如何,“冬眠术”比超光速要现实许多。浩瀚的宇宙在召唤着我们,但这一切都仰赖冬眠术从幻想成为现实。

    虽然技术还无法做到长时间安全的冷冻和复苏完整的器官,但早在1962年,就有人开始试图将科幻引入现实。在最知名的“阿尔科生命延续基金会”的网站的首页上,你会看到醒目的一行大字,“这是你最后的机会”!

    人类第一例,冷冻后冷藏以待将来复活的人,是一位物理学家,詹姆士.贝德福德,他于1967年1月12日,死于肺癌,生前曾捐献20万美元,建立洛杉矶市第一个人体冷冻实验室。大约已有上百人处于这种冷藏状态,如果说贝德福德冷藏自己的遗体以待未来的乐观态度值得赞赏。

    因此,主张冷藏以待未来解决一切问题的做法,是否合适,那就真是见仁见智的一件事。很有可能的一种情况是,那些“暂时睡着”的人的大脑,早已在冷冻降温的过程中就被彻底损伤;而也有可能的另一种情况是通过先进的玻璃化冷冻技术,真正完好的保存了大脑和记忆!

    5未来复活术

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    人体冷冻,是指在人死亡后,以适当的方式迅速把尸体通过冷冻处理,将来某个时刻就有希望“复活”。这一设想最早出现在科幻小说家尼尔琼斯发表于1931的科幻小说《奇异的故事》中。

    日前,牛津大学3位哲学教授选择“死后”冷冻人体。人体冷冻,真能让人在未来复活吗?科学家表示,人体冷冻目前只是商业行为,没有证据证明被冷冻的人体将来能够“复活”。

    牛津哲学家选择冷冻人体

    计划接受人体冷冻的三位哲学家,分别是牛津“人类未来研究所”所长、现年40岁的哲学教授波斯特伦、41岁的研究员桑德伯格和阿姆斯特朗。阿姆斯特朗预定了全身冷冻。波斯特伦和桑德伯格预定了收费较便宜的服务:只冷藏头部。

    由于牛津“人类未来研究所”没有人体冷冻保存研究,因此波斯特伦和桑德伯格向美国亚利桑那州的“阿尔科生命延续基金会”、阿姆斯特朗向另一家设于美国密歇根州的“人体冷冻机构”预约。

    这两家机构是当今世界上最大型的人体冷冻公司。据报道,当他们将来临终时,冷冻保存团队就会在旁待命。一旦他们被宣告不治,工作人员就着手冷却遗体,同时利用机器保持他们体内的血液流动、注入防腐和防冻剂保护体内组织。如果只选择了冻存头颅,工作人员就会将他们的头切下,保存在零下196度的液态氮中。

    波斯特伦拥有物理学和神经科学背景,2009年时还曾被美国《外交政策》杂志选为当代百大思想家,他的选择可能会影响公众对人体冷冻技术的判断。“看看过去百年之中发生的事情吧,当今世界,有多少是1913年的人类想象不到的事情。”波斯特伦在接受媒体采访时表示,“未来越不确定,选择活下来就越有意义,你可以尽可能多地保存大脑中的信息,而不是简单地丢弃他们。”

    人体冷冻花费不菲青睐富人

    所谓人体冷冻学,是指在人死亡后,如果立刻以适当的方式把尸体通过冷冻处理,就有可能在将来的某个时刻复活。人体冷冻技术被美国的生活科学杂志列为十大人脑未解之谜之一及十大超越人类极限的未来科学技术。

    要接受人体冷冻,需要支付高昂的费用。因此,目前这项技术几乎成了富人的赌博。据悉,人体冷冻的收费分别为1万美元(俄罗斯KrioRus公司的脑神经冷藏项目)、2.8万美元(人体冷冻机构的全身冷藏项目)、15.5万美元(美国人体冷冻学会的全身冷冻)、20万美元(阿尔科生命延续基金的全身冷藏项目),收费视不同的公司、服务、国家或地区而定。

    人体冷藏者可以考虑使用以人寿保险的形式付款,或分期付款。阿姆斯特朗就选择了人寿保险的形式,每月投保25英镑,作为死后冷冻的所需资金。

    阿尔科生命延续基金会目前已经冷冻了117具尸体,其中包括美国最伟大的棒球运动员之一泰德威廉斯。其他仍然在世但已经选择了阿尔科的人中,也不乏名人,如美国导演查尔斯马修。

    不过有人担心,过了几百年后,这些提供冷冻服务的公司,是否依然存在。

    “复活术”缺证据仍是商业活动

    加州大学伯克利分校的低温生物学研究员保罗西格尔曾将活着的仓鼠冷冻2小时后复活。在仓鼠试验成功后,西格尔又对一只小猎犬进行试验。结果,他成功让小猎犬复活过来。

    有专家表示,虽然冷冻实验在某些动物身上已经取得了一定的进展,这种方法却并不一定适用人类。虽然目前有多家从事“人体冷冻”的公司,但很少有医疗机构介入。在专家看来,人体冷冻只是一个新的商机,而非医学。

    国际低温生物学会前任主席、美国纽约州立大学低温生物研究中心主任约翰鲍斯特此前接受《中国科学报》记者采访时曾表示,人体冷冻组织的大多数成员没有接受过正规的高等教育,也没有具有职业资格的医生。关于任何人体冷冻能复活方面的报道都没有一篇是出自科学期刊,也都没有一篇报道被证明是真实的。

    上海理工大学低温医学研究所所长华泽钊明确表示,“从技术上,低温冷冻人体的实现是非常困难或者说是完全不可能的。”华泽钊说,按照目前低温生物医学的水平,大部分细胞以及部分组织能低温保存,但是心脏之类的器官不能低温保存。每种器官中都有不同种类的细胞,冷冻一个器官都很难成功。

    6相关问题

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    研究细胞构造的所罗门 科瓦亚宣称,细胞的柔韧度和原始胶子数量是决定细胞抗冻能力和进化限度的关键因素。他正在开展一个“寻找能量之源”课题,旨在如何开启冷冻之后细胞,如何给予生命活力,以及在生命允许的范围内开展一切可能人工进化行为。“我们所要选择的是适应环境还是让环境适应我们,”所罗门说,我们还需要找到人体中传承了几千万年的发育重启和自我复制构造,而这种构造却存在于每个细胞之中,或者我们一个一个进行改造,或者我们找出人体内的生命之源。” “还有一个选择,就是:人工受精的精子 卵子的双重改造”-- 所罗门。

    还有一种可能,那就是我们所担心的冷冻安全问题都不会发生,因为冷冻人体的原始效应很可能会是弹性的,即身体功能自行恢复到冷冻前状态,即为自然弹性冷冻。”

    7质疑

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    一些曾在苏联低温生物学研究学会工作过的科学家们对冷冻死者遗体和脑袋,可以盼望将来“复活”的说法嗤之以鼻,并指责这种行为是一种“专骗死人钱”的诈骗行为。低温生物学研究专家格里申科说:“即使是将一个活着的健康的人冷冻起来,那么当你再为他解冻后,他也不可能再活下来。”克里奥鲁斯公司老板辩解称,他们并没有给予顾客任何将来可以“复活”的担保。但他们的服务可以给一些惧怕死亡的人或死者的悲痛亲属提供某种心理安慰。人体冷冻复活术最早出现在科幻小说中。1931年,美国《奇异》杂志发表的一篇故事写到,一个叫詹姆斯的人去世后,遗体被发射到太空中,在那里,寒冷和真空使其遗体无限期保存下来。几百万年后,人类早已灭绝,某种外星机械民族发现了这具冷冻的尸体。他们把詹姆斯的头颅复活后移植到一个机械人身上,后来,詹姆斯便长生不死了。被称为“人体冷冻学之父”的罗伯特·埃廷格看到这篇小说后在1962年写出《不朽的前景》一书。他在书中列举了大量事实,证明了冷冻复活的可能。比如,许多昆虫和低等生物冬天都冻僵起来,春天又自动复活。从上世纪60年代起,一门崭新的生物技术——低温生物技术逐渐形成和发展,就是使生物细胞和组织通过迅速降温达到超低温,从而得到长期保存。而且美国也出现了大大小小的人体冷冻机构,许多人选择死后被冷冻起来,期待有朝一日医疗技术进步后重新复活,但尚没有一例复活成功。

    8中国首例冷冻人

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    2015年5月30日下午5时许,61岁的胰腺癌患者杜虹躺在病床上,已进入弥留阶段。

    杜虹(左)生前照片杜虹(左)生前照片

    隔壁房间,两名来自美国的外科医生已经等待了8个小时,事实上,他们从5月19日开始就在为这一刻待命了。

    下午5时40分,杜虹平静地离开了人世。两名美国医生第一时间向杜虹体内注射了抗凝剂、抗菌药物、抗血栓药物,防止血液凝固,并用特制设备按压心脏,保证血液继续循环。

    随后,杜虹的遗体被放入装有冰块的木质棺材中,迅速转移到手术地点,耗时约1小时。接下来是灌流,由于人体细胞中含有大量水分,冰冻过程中水分凝固会形成冰晶,极易刺破细胞,造成巨大伤害,所以冰冻技术的要点是使用冰点更低、不容易结晶的保护液代替水分,达到脱水的效果。

    美国医生首先用稀释过的保护液,逐步替换遗体中残留的血液。随后,使用仪器打开遗体颈部的总动脉和总静脉,形成一个液体输入的回路,输入保护液,随后开始重头戏——替换头部残留的血液。

    替换过程比较漫长,医生会逐步加大保护液的浓度,从动脉输进头部。当人体内保护液浓度达到遗体保存要求后,继续监测静脉输出液体中保护液的浓度,当输出液体的保护液浓度与输入浓度一致时,表示头部水分已完全被替代。

    灌流超过4个小时,整个过程需要在冰冻低温接近0摄氏度的情况下完成。此后需要将遗体进一步降温。工作人员使用-60℃的干冰对遗体逐步降温,最终将遗体保存在一个-40℃左右的冰棺当中。至此,遗体冰冻的初步流程完成。

    接下来,杜虹的遗体会在冰冻状态下被送到位于美国洛杉矶的Alcor总部(全球最大的冷冻人体研究机构之一)。遗体头部将被分离保存在-196℃的液氮环境特殊容器中。

    在此后的漫长岁月中,工作人员将按期添加液氮,保证杜虹的头部长期保存。按Alcor科学家的乐观估计,50年后的科学技术也许就能让杜虹解冻头部、再造身体,也就是——复活。

    9中国首例本土人体冷冻

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    49岁的展文莲是首个在中国本土冷冻并等待复活的“病人”。201758日凌晨41分,展文莲的呼吸和心跳停止,主治医生宣布病人已经死亡。之后,展文莲的遗体被送上救护车。警灯闪烁,救护车从齐鲁医院东院区驶离,开向银丰研究院。

    在那里,展文莲要经历冷冻前最为关键的步骤——灌流。

    银丰研究院和齐鲁医院的专家正在为展文莲进行人体低温保存操作。 银丰研究院供图银丰研究院和齐鲁医院的专家正在为展文莲进行人体低温保存操作。 银丰研究院供图

    美国专家阿伦·德雷克(Aaron Drake)对即将开始的程序并不陌生。来到银丰研究院之前,他已经在美国最大的人体冷冻机构阿尔科生命延续基金(Alcor,以下简称阿尔科)工作了近十年,参与了70多例人体冷冻手术。

    和阿伦·德雷克一起上阵的,是山东大学齐鲁医院心外科医生、麻醉专家以及体外循环灌注师。他们从展文莲的颈部和股部建立双通路体外循环,在特制的低温手术台上,将其体温降低到18左右。

    然后,透明的、乳白色的防冻剂,缓缓注入展文莲体内。降温仍在进行,防冻剂变得越来越浓稠。它会成为固体,但它不会结冰。这个过程,叫做“玻璃化”。

    灌流最终完成,已是近6个小时之后。接着,展文莲的身体被转移到大尺度程序降温床上。阿伦德雷克对这张床赞赏有加,美国阿尔科没有这样的设备。

    这是世界上唯一一台可以连续将整个人体从常温降到-190 左右的自动控制设备。它使用液氮蒸气进行快速降温,配置了多个温度传感器,可以实时监测数十个位置的温度变化。

    整套流程下来,耗时55小时。

    对银丰研究院来说,展文莲也是他们真正冷冻的第一具人体。

    银丰研究院由银丰生物工程集团有限公司(以下简称银丰生物)2015年出资成立。它提供的介绍里写道,这是一家基因工程、干细胞技术开发,人体细胞、组织及器官低温保存与复苏,细胞治疗及再生医学转化的专业研究机构。

    同年,银丰研究院发起设立了山东省银丰生命科学公益基金会,旨在推动生命科学的发展。它资助4项研究计划:生命延续研究计划、组织器官银行计划、()细胞医学转化研究计划和基因工程计划。

    基金会负责人贾森并不愿意让人觉得,银丰研究院“只是”一家人体冷冻公司。毕竟,人体冷冻像是狂想。在美国,它被质疑是在兜售不可能兑现的承诺。

    至于复活,还是一个太遥远的话题。

    参考资料

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    标签: 生物学 学科 医学

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    • 更新时间:2017-08-14
    • 创建者:yujinjin
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