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让恐龙称霸地球的秘密武器

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    我们都听说过恐龙是如何灭绝的。
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    我接下来要讲的故事
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    发生在超过两亿年前
    恐龙还未灭绝的时候。
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    这个故事要从头开始,
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    那时恐龙刚刚开始繁衍。
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    进化生物学最大的谜团之一
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    就是恐龙为什么那么成功。
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    它们如何在地球上称霸多年?
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    当人们感叹恐龙的神奇时,
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    他们通常会联想到
    体型最大或最小的恐龙,
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    或是速度最快的,
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    或是羽翼最丰满的,
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    有着最奇异的铠甲,尖刺或利齿的。
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    但是答案也许是它们的身体结构——
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    这种所谓的秘密武器。
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    我和同事们都认为是它们的肺。
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    我是一名古生物学家
    也是一名比较解剖学家,
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    我十分想了解恐龙如何用
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    它们特殊的肺来称霸地球。
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    我们现在要倒退到两亿年前的
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    三叠纪时代。
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    那里的环境十分严酷,
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    没有开花的植物,
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    也就意味着没有草。
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    想象一片只有松树和蕨类的土地。
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    同时,还有小型蜥蜴,
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    哺乳动物,昆虫,
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    而且还有食肉和食草
    的爬虫类动物——
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    都在为相同的资源而竞争。
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    这个故事还有重要的一点,
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    就是当时的大气层中
    的氧气含量只有 15%,
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    现在则是 21%。
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    所以对恐龙来说,
    在这种低氧环境中呼吸
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    是至关重要的,
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    不仅仅为了生存,
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    还要能繁衍和多样化。
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    那我们是如何知道
    恐龙的肺长什么样子呢?
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    它们遗留下来的只有化石骨架了。
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    我们采用的方法
    是“现存系统发育分组”。
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    这只是一个专业名词,
    意思是我们研究的生物结构——
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    在这个例子中,尤其是肺和骨架——
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    来自于恐龙在进化树中现存的后裔。
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    于是我们会研究鸟类的生物结构,
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    也就是恐龙的直接后代,
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    我们还会研究鳄鱼,
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    它们是恐龙最近的亲戚,
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    还有蜥蜴和龟类,
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    它们也算是恐龙的表兄弟。
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    然后我们把这些生物结构数据
    应用到化石记录中,
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    这样我们就可以重建恐龙的肺结构。
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    在这个例子中,
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    恐龙的骨架和鸟类最相似。
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    因为在远古时代
    恐龙曾和哺乳动物竞争,
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    那么了解哺乳动物
    的肺结构就尤为重要。
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    为了让你们重新熟悉肺结构,
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    我就用我的狗狗米拉——
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    它可爱到可以骗取无数零食——
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    来做模型。
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    (笑声)
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    我们先来看看胸腔结构。
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    我想让你们先想象一下
    一只狗的肋骨。
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    设想脊椎和脊柱
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    是和地面平行的。
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    我们接下来要讲的
    所有动物的脊椎脊柱
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    和这个是一样的,
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    无论是两条腿走路的
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    还是四条腿。
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    想象我们在胸腔内部,
    然后朝上看。
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    那是我们的胸椎顶部。
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    在这里我们的肺的最上部
    会和肋骨,脊椎
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    有直接接触。
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    这个界面就是我们要讨论的地方。
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    现在你们可以想象一只狗的肺。
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    在外面看似一个巨大的充气袋子,
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    吸气时会膨胀,
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    呼气时会收缩。
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    在袋子里面有一系列的分支气管,
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    这些气管叫做支气管树。
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    这些气管把吸入的氧气运送到肺泡。
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    氧气再穿过一层薄膜
    扩散进入血流。
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    这一步很关键。
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    哺乳类动物的整个肺是可移动的。
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    这意味着在整个呼吸过程中
    它都在移动,
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    所以那层血气屏障
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    如果太薄的话容易破损。
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    我们等会儿还要回到那层薄膜。
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    你们还跟得上吗?
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    我们现在开始要讲鸟类了,
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    准备好。
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    (笑声)
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    鸟类和哺乳类动物完全不一样。
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    我们要用鸟类作为模型来
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    重造恐龙的肺。
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    在鸟类中,
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    空气通过肺,
    但是肺部并不会膨胀或收缩,
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    它们的肺是无法移动的,
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    质地和一块厚海绵一样,
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    在肋骨的顶部和侧面都有连接,
    还有底部水平的薄膜,
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    导致肺无法移动。
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    有一系列灵活的袋状结构
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    为它们的肺提供单向通风,
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    这些结构从支气管树延伸
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    到肺部的外面,
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    它们叫做气囊。
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    这个错综复杂的结构沿胸腔顶部
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    被一系列
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    分叉的肋骨锁定到位。
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    而且,在许多鸟类体内,
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    肺部上方以及气囊包含
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    的延伸的结构
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    会扩张到骨骼组织中——
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    通常是椎骨,有时是肋骨——
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    它们让整个呼吸系统得到固定。
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    这个结构叫做“椎体气动性”。
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    这些分叉的肋骨和椎体气动性
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    是两个在化石中有迹可循的线索,
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    因为这两个骨骼特征
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    表明恐龙的呼吸系统
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    也是不可移动的。
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    呼吸系统的不可移动性
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    推动了血气屏障——
    也就是那层协助氧气
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    扩散到血液中的薄膜——
    朝着变薄的方向进化。
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    肺的不可移动性可以使
    那层薄膜变得脆弱,
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    那层薄膜在十分通风的情况下
    很容易破裂,
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    就像哺乳类动物的肺
    所处的环境一样。
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    我们为什么要关心这个呢?
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    有什么意义吗?
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    氧气更容易通过薄膜扩散,
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    薄膜是在低氧环境下
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    提高呼吸率的一种办法——
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    比如三叠纪的低氧环境中。
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    如果恐龙的确有这种肺结构,
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    它们就比别的动物
    具备更好的呼吸系统,
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    包括哺乳动物。
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    你们还记得现存系统发育分组法吗?
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    也就是我们用现代动物的构造
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    来应用到化石记录中。
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    线索一就是现代鸟类的分叉的肋骨。
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    这一点在几乎所有恐龙中都可以找到。
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    这意味着恐龙的肺的顶部
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    是锁定到位的,
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    就像现存的鸟类一样。
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    线索二是椎体气动性。
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    我们在蜥脚类恐龙和兽脚类恐龙,
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    也就是掠食性恐龙中,
    都可以找到,
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    它们也就是现代鸟类的祖先。
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    虽然我们没有恐龙的肺化石,
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    但椎体气动性可以告诉我们
    恐龙存活时
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    肺的大致功能。
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    肺组织和气囊组织侵入椎骨中,
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    使其变成空心,就如现代鸟类一样,
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    使部分呼吸系统锁定在位,
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    让肺无法移动。
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    分叉的肋骨
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    和椎体气动性一起
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    创造了一个无法移动的,
    坚硬的构架,
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    把整个呼吸系统锁定到位,
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    使得我们今天在现代鸟类身上
    看到的超薄、超脆弱
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    的血气屏障得以进化。
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    恐龙有不可移动肺的证据
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    意味着它们可以演化出一个
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    能在低氧环境中呼吸的肺,
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    让它们在三叠纪大气层中得以存活。
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    这样的肺结构使它们
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    与其他动物,尤其是哺乳类动物相比,
    有巨大的适应性优势,
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    因为其他动物可移动的肺
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    无法适应三叠纪的低氧环境。
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    这样的生物结构也许
    就是恐龙的秘密武器,
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    可以带给它们巨大的生存优势。
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    这也为我们去测试恐龙多样化
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    的假设提供了良好的基石。
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    这就是恐龙生存繁衍的故事,
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    也只是我们在这一领域研究的开端。
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    谢谢。
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    (掌声)
Title:
让恐龙称霸地球的秘密武器
Speaker:
艾玛·沙赫纳
Description:

我们都听说过恐龙是如何灭绝的,但是它们如何可以多年称霸地球?(其实和它们的体型,速度,铠甲尖刺,羽翼都没有关系。)一起和古生物学家艾玛·沙赫纳(Emma Schachner) 穿越到两亿年前,看一看恐龙的历史。

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Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TEDTalks
Duration:
10:12

Chinese, Simplified subtitles

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