ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS BOTÁNICAS Y
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Cultivos Energéticos Alternativos ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS BOTÁNICAS Y ETNOBOTÁNICAS DE JATROFA (Jatropha curcas L.) Galo Pabón Garcés, MSc1 RESUMEN El manejo de los ecosistemas con fines de producción de bioenergía es un tema de enorme actualidad y polémica de tipo social, económica y ambiental. Sin embargo, el agotamiento de los combustibles fósiles y su alto costo en los mercados, conduce a que equipos multidisciplinarios a buscar y estudiar especies proveedoras de combustibles alternativos. En este sentido, la jatrofa o piñón (Jatropha curcas L., Euphorbiaceae), especie cuyo uso se conoce desde la antigüedad, constituyen una alternativa válida para la obtención de biocombustibles ya que en muchas culturas es una fuente importante de combustibles, además de poseer gran capacidad de colonizar áreas degradadas que no son sometidas a actividades agrícolas. Mediante búsqueda de información actualizada, trabajo de campo y visitas a los herbarios de la región, se ha podido establecer las principales características botánicas y etnobotánicas, con los que se ha generado información básica suficiente que permita delinear estrategias de manejo de esta especie, así como de los importantes recursos fitogenéticos que nos provee. Palabras clave: Jatrofa, piñon, estudio botánico, estudio etnobotánico, combustible alternativo. ABSTRACT The management of ecosystems with the outcome being the production of bioenergy is a topic of enormous importance at present and a source of social, economic, and environmental polarization. Therefore, the exhaustion of fossil fuels and their high cost in the marketplace, drives multidisciplinary teams to search for and study species that can provide alternative fuels. In this aspect, the Barbados nut or Physic nut (jatropha curcas L., Euphorbiaceae), a specie whose use is known since antiquity, constitutes a valid alternative for obtaining biofuels that in many cultures is already an important source of fuel. Furthermore it possesses a great capacity to colonize degraded areas that are not sown for agricultural purposes. The interceding search for up to date information, field work and visits to regional herbariums, allowed the establishment of the main botanical and ethnobotanical characteristics. With these we have generated sufficient basic information that permits the strategic planning for the management of this specie, as well as providing us with important phytogenetic resources. Key words: Barbados nut, Physic nut, botanical study, ethnobotanical study, alternative fuels 1 Docente Pontificia Universidad Católica del Ecuador sede Ibarra Proyecto: Centro Iberoamericano de Investigación y Transferencia de Tecnología en Oleaginosas. 25 Cultivos Energéticos Alternativos ANTECEDENTES La producción de biocombustibles a partir de jatrofa (Jatropha curcas), aparece como una alternativa prometedora debido a que se trata de especies cuyo cultivo no competiría con terrenos aptos para otros cultivos, puesto que sobrevive y crece en zonas relativamente marginales para la agricultura, además podría combinarse con otras especies en policultivos e incluir la participación a nivel comunitario. En el Ecuador (Mapa 1), las posibilidades de producir “Jatrofa” o “piñón” se muestran prometedoras ya que las características botánicas de la especies así lo determinan. La gran variedad de regímenes climáticos y la presencia de pisos altitudinales a lo largo de la región andina, crean microclimas y espacios adecuados para la producción de Jatrofa, que sumados a las características cosmopolitas y de alta resistencia de esta especie, potencian aún más la posibilidad de lograr producciones sustentables permanentes de esta especie oleaginosa para la obtención de biocombustibles, aunque claro está, con una posición frontal a favor de la sostenibilidad ambiental y social de los biocombustibles, basada en la no competencia los alimentos, la no supremacía de los monocultivos, el aprovechamiento y recuperación de territorios marginales o degradados, la no afectación de zonas protegidas, y la construcción de modelos productivos sociales incluyentes. Mapa 1. Ubicación del Ecuador en Sudamérica Dentro de las actividades del Proyecto del “Centro Iberoamericano de Investigación y Transferencia de Tecnología en Oleaginosas” está la profundización en el conocimiento de varias especies con características oleaginosas, entre ellas la jatrofa o piñón, cuyo estudio botánico y etnobotánico, constituye la parte central de esta investigación. MATERIALES Y MÉTODOS El estudio Botánico y Etnobotánico de la jatropa o piñon (Jatropha curcas L.) se lo realizó según la estructura metodológica siguiente: 1) Revisión de material bibliográfico en los principales trabajos sobre esta especie. 2) Revisión de los últimos artículos publicados en internet y en bibliotecas especializadas On-Line sobre los géneros indicados. 3) Trabajo de campo, que consistió en la identificación de ejemplares botánicos “in situ” y en la foto documentación de los ejemplares fértiles. Toda esta información se consignó en los respectivos libros de campo. 4) La identificación de los materiales de especies botánicos se la realizó por comparación con las muestras depositadas en los Herbario de la región, especialmente en el Herbario Nacional del Ecuador (QCNE). 5) Toda la información recogida fue agrupada en bases de datos georeferenciadas. Además, se incluyó información sobre el uso tradicional gracias a la colaboración de los habitantes conocedores de la especie, y las características del terreno permitieron explicar los 26 Cultivos Energéticos Alternativos resultados encontrados. 6) Con la georeferenciación y la representación en la cartografía digital que se generó mapas de adaptación de Jatropha curcas en Ecuador. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La especie Jatropha curcas (jatrofa o piñón) pertenece a la familia botánica EUPHORBIACEAE. Esta familia ha sido reconocida como una de las más extensas y controvertidas de las Angiospermas, con más de 300 géneros y 5000 especies, ubicándose la mayoría de ellas en América y África tropical (Bittner, M., Alarcón, J., Aqueveque, P. et al., 2001). El rango de variación morfológica de la familia es enorme y por lo tanto difícil de caracterizar. Sus representantes son árboles, arbustos o menos a menudo hierbas, a veces lianas, o suculentas, con látex de diversos colores. Los géneros de interés son: Euphorbia (1500). Croton (700), Phyllanthus (400), Acalypha (400), Macaranga (250), Antidesma (150), Drypetes (150), Tragia (150), Jatropha (175), Manihot (150), Ricinus (72), etc. (Tormo, R. 1988). Características Botánicas de Jatrofa o Piñón (Jatropha curcas L.) El género Jatropha L. comprende aproximadamente 175 especies de hábitos suculentos, arbustos y árboles (algunos son de hojas caducas, como Jatropha curcas L.). Las plantas de este género crecen de forma nativa en África, Norteamérica, y el Caribe. A la especie Jatropha curcas le llaman “La planta mágica” ya que es una de las mejores fuentes de combustible natural. Las características botánicas principales de esta especie son las siguientes: Origen: Es una oleaginosa originaria de México y Centroamérica, pero crece en la mayoría de los países tropicales. Se la cultiva en América Central, Sudamérica, Sureste de Asia, India y África. Distribución: Supuestamente llevada por portugueses a sus colonias de Asia y África entre 17501800, como planta para cercar, hoy en día se ha expandido por el mundo, especialmente las zonas cálidas. Está presente en forma natural o cultivada en casi todo Centro América, al igual que en las estribaciones de la cordillera andina y la cuenca amazónica, África del sur, Centro este y oeste. En el continente Asiático se la encuentra en la India y Medio Oriente (Figura 1). Figura 1. Distribución de Jatropha curcas en el mundo 27 Cultivos Energéticos Alternativos Clasificación Taxonómica: Según Cronquist (1981), la clasificación taxonómica de la jatrofa es la siguiente: Reino: División: Clase: Orden: Familia: Género: Especie: Plantae Magnoliophyta Magnoliopsida Euphorbiales Euphorbiaceae Jatropha L. Jatropha curcas L. Mientras que The Angiosperm Phylogeny Group, 1998 (APG, por sus siglas en inglés), la clasifica de la forma siguiente: Angiosperms Eudicots Core Eudicots Rosids Eurosids I Orden: Malpighiales Familia: Euphorbiaceae Género: Jatropha L. Especies: Jatropha curcas L. Nombres Comunes: Español: jatrofa, piñón. En otros países se la conoce como: Nuez purgante, piñón, piñoncillo (México), Tempate (Costa Rica y Nicaragua), Habel meluk (Portugal), Piñón manzo (Brasil), Piñón de leche o piñón de botija (Cuba), Piñón (Argentina). Descripción Botánica Hábito y forma de vida: Es una planta perenne, cuyo ciclo productivo se extiende de 45 a 50 años. Es de crecimiento rápido y con una altura normal de 2 a 3 metros. El grosor del tronco es de 20 cm con crecimiento desde la base en distintas ramas. La corteza es blanco grisácea y exuda un látex translúcido (foto 1). Foto 1. Arbustos y pequeños árboles de jatrofa 28 Cultivos Energéticos Alternativos Raíz: Normalmente se forman cinco raíces, una central y cuatro periféricas. Tallo: Los tallos crecen con discontinuidad morfológica en cada incremento. La corteza es de color verde amarillenta, pálida y casi lisa, delgada como papel, con desprendimientos en tiras horizontales. Corteza interna blanca con rayas rojas, exuda una savia amarillenta y sabor astringente. Hojas: Las hojas normalmente se forman con 3 a 7 lóbulos acuminados, poco profundos y grandes con pecíolos largos de 10 a 15 cm y de igual ancho. El haz es verde, el envés verde claro, glabro o este último con pelillos finos. Árbol con hojas caducas (Foto 2). Foto 2. Hojas lobuladas en jatrofa (foto V. Andrade) Flores: Las inflorescencias se forman en posición terminal y en las axilas formadas entre hojas y ramas. Ambas flores, masculinas y femeninas, se forman en la misma planta, son pequeñas (6-8 mm). Cada inflorescencia rinde un manojo de aproximadamente 10 frutos ovoides o más (Foto 3). Frutos y semillas: El desarrollo del fruto necesita 90 días desde la floración hasta que madura la semilla. El fruto es una cápsula drupácea verdosa-amarillenta y carnosa, pero café oscuro o negro y dehiscente cuando son secas. La fruta produce tres almendras negras, cada una aproximadamente de 2cm de largo 1cm de diámetro. Las semillas, 2 - 3 por fruto, contienen un aceite no comestible que se puede utilizar directamente para aprovisionar de combustible lámparas y motores de combustión o se puede transformar en biodiesel. Además se usan para fabricar jabones. Un colorante también se puede derivar de la semilla (Foto 3). Foto 3. Frutos y semillas en jatrofa 29 Cultivos Energéticos Alternativos Colocada la semilla en el sustrato adecuado y con una buena humedad la geminación toma 5 días. Se abre la cáscara de la semilla, sale la radícula y se forman 4 raíces periféricas pequeñas. La germinación es epigea (cotiledones surgen sobre la tierra). Poco después que las primeras hojas se han formado, los cotiledones marchitan y se caen. Ecología y Adaptación: No requiere un tipo de suelo especial. Se desarrolla normalmente en suelos áridos y semiáridos. Responde muy bien a suelos con pH no neutros. La jatrofa crece casi en cualquier parte, incluso en las tierras cascajosas, arenosas y salinas, puede crecer en la tierra pedregosa más pobre, inclusive puede crecer en las hendeduras de piedras. Climáticamente, Jatropha curcas se encuentra en los trópicos y subtrópicos, resiste muy bien el calor aunque también soporta bajas temperaturas y puede resistir hasta una escarcha ligera. Su requerimiento de agua es sumamente bajo, prospera en con apenas 250 a 600 mm de lluvia al año y puede soportar períodos largos de sequedad. Habita en campos abiertos, como en parcelas nuevas. Resiste altas temperaturas y sequías. La planta nace en todo tipo de terreno y altitud, tanto en terrenos áridos como húmedos (Foto 4). Foto 4. Muestras botánicas de las colecciones del Herbario Nacional del Ecuador (QCNE) El uso de pesticidas no es importante, gracias a las características pesticidas y fungicidas de la misma planta. En lugares desérticos donde no pone una raíz ni la mala hierba, la jatrofa es capaz de crecer, con sus arbustos que alcanzan los seis metros, auténticos bosques verdes. Más de ocho meses de sequía al año y temperaturas que rondan los 40 grados Celcius no marchitan a la jatropa. La erosión del suelo por el viento y el agua tampoco hace mal a la jatrofa. Y no sólo eso, gracias a ella, el suelo erosionado vuelve a ser fértil. Extensiones de tierra hasta ahora inservibles podrían ser cultivadas, creando puestos de trabajo y beneficios a países con pocos recursos. Mientras, la jatrofa protege el suelo de la erosión y libra a la atmósfera de parte de los gases contaminantes. En Ecuador, las principales colecciones de jatrofa, según la base de datos TROPICOS (www. mobot.org) se encuentran las provincias de Imbabura y Carchi, pertenecientes a la sierra norte del país. También se han colectado materiales botánicos en las provincias costeras de Guayas y Manabí (Mapa 2). En todos los casos los ecosistemas de procedencia son relativamente secos con suelos arenosos. 30 Cultivos Energéticos Alternativos Mapa 2. Sitios de Colecta según los datos de los ejemplares de los herbarios QCNE e IMAS Ecuador (QCNE) La figura 2 muestra que se han realizado colecciones en altitudes de 40 y 240 msnm, correspondientes a las provincias del Guayas y Manabí. Otro grupo importante de colecciones se han realizado en altitudes comprendidas entre los 1440 y los 2440 msnm, en Imbabura y Carchi, específicamente en la zona denominada Valle del Chota. 5 3 4 frequency frequency 2 3 2 1 1 0 1050 - 1125 precipitación8 850 - 1050 650 - 850 450 - 650 Figura 2. Frecuencia de las colectas botánicas en función de la altura. El intervalo de altura para el histograma es de 200 msnm. 250 - 450 3446 - 3646 3246 - 3446 3046 - 3246 2846 - 3046 2646 - 2846 2446 - 2646 2246 - 2446 2046 - 2246 1846 - 2046 1646 - 1846 1446 - 1646 1246 - 1446 1046 - 1246 846 - 1046 646 - 846 446 - 646 246 - 446 46 - 246 altura10 0 Figura 3: Frecuencia de las colectas botánicas en función de la precipitación media anual. El intervalo de precipitación para el histograma es de 200 mm. En la figura 3 se puede observar que las colecciones botánicas has sido registradas en rangos de precipitaron pluvial que oscila entre los 250 mm y los 1125 mm anuales, es decir en ecosistemas que van desde secos a ligeramente húmedos. Las colectas relacionadas con 31 Cultivos Energéticos Alternativos 4 3 frequency los rangos de temperatura, se observan en la figura 4. La mayor cantidad de material botánico colectado se dio en ecosistemas con temperaturas promedio que van desde los 14 a los 18 grados centígrados, aunque también se han registrado colecciones botánicas en temperaturas de 24 y 25 grados centígrados (Provincias de Guayas y Manabí) 2 1 24 - 25 23 - 24 22 - 23 21 - 22 20 - 21 19 - 20 18 - 19 17 - 18 16 - 17 15 - 16 14 - 15 El mapa 3 presenta un modelo de distribu0 0 ción climática probable para la adaptación tmedia8 de Jatropha curcas en el que se puede observar que existen varias zonas repartidas Figura 4. Frecuencia de las colectas botánicas en a lo largo de la sierra y la costa del Ecuador función de la temperatura media anual. El intervalo de temperatura para el histograma es de 1 grado que posee las condiciones adecuadas para centígrado el cultivo de jatrofa. Como se puede observar en el mapa 4, las provincias de Imbabura y Carchi poseen probabilidades climáticas (entre el 92 % y 100 %) para que esta especie se adapte y desarrolle una adecuada producción, especialmente en sus valles secos. Mapa 3. Modelo de probabilidad de adaptación climática de Jatropha curcas Directrices de Manejo de Jatropha curcas Métodos de cultivo (Foto 5) La propagación se realiza mediante semillas y/o esquejes (estacas) en invernadero. Las semillas para siembra deben ser obtenidas de plantas que han mostrado altas producciones. 32 Cultivos Energéticos Alternativos La floración en la planta jatrofa puede presentarse entre el 1° y 2° años en condiciones muy favorables, pero normalmente toma más tiempo (3 años). La producción de semilla se estabiliza a partir del 4° ó 5° años. Al parecer la formación de flores está relacionada con el periodo de lluvias. Puede florear nuevamente después de producir frutos cuando las condiciones permanecen favorables por otros 90 días, pero después de esta 2ª floración, la planta no florea nuevamente, sino que se desarrolla vegetativamente. El desarrollo del fruto toma entre 60 y 120 días desde la floración hasta la madurez de la semilla. La reproducción se detiene al inicio del período de lluvias. Foto 5. Distintos tipos de cultivos en Perú de jatrofa. A la derecha formando cortinas rompe vientos El almacenamiento de las semillas no deberá exceder de 10 a 15 meses, supervisando la calidad en las semillas durante este tiempo. La germinación en las semillas tiene una duración de 15 días, y comienza a partir del tercero al quinto días. El porcentaje de germinación oscila entre 60 y 90%. Las plántulas se desarrollan durante 3 meses y se trasplantan al campo cuando tienen una altura entre 40 y 50 centímetros. Para la siembra por estacas se requiere que estos provengan de madera semisólida (ramas) con longitud de 15 a 40 centímetros, y diámetro entre 1.0 y 3.0 centímetros, a plantarse en bolsas de plástico dentro de invernadero. El crecimiento de raíces comienza en 8 a 15 días con alrededor de 80% de viabilidad. Los esquejes pueden plantarse también directamente en el campo cuando las condiciones son favorables. Rendimiento: El rendimiento, en cuanto a producción de frutos se refiere, está en aproximadamente en 4 a 5 Kg. de frutos por planta. El rendimiento del cultivo varía entre 500 y 1200 Kg. de semillas limpias por hectárea. En cuanto a producción de aceite se consigue 2 toneladas de aceite por hectárea y por año, llevando de tres a cuatro años para comenzar la edad productiva, que se puede extender por 40 años (Facultad de Ingeniería, UBA). Control de principales plagas y enfermedades: Las plagas y enfermedades en la planta jatrofa en estado silvestre, no son gran problema. Sin embargo, en condiciones extensivas de monocultivo, las plagas y enfermedades pueden ser problema en el cultivo. Las plagas y enfermedades más frecuentes son debido al insecto Podagrica spp y al hongo Cercospera spp. Sin embargo existen otros insectos y hongos que pueden afectar las plantaciones en monocultivo extensivo 33 Cultivos Energéticos Alternativos e intensivo de jatrofa. En este sentido, las variedades de jatrofa tóxica son menos susceptibles a plagas por razón de su misma toxicidad. Tecnología de cosecha y poscosecha: La productividad de frutos y semillas en los árboles de jatrofa puede comenzar a partir del segundo o tercer años en condiciones favorables, y se estabiliza a partir del cuarto o quinto años. La cosecha se realiza en dos o tres ocasiones durante al año, debido a que no todos los frutos maduran al mismo tiempo. Foto 6. Frutos de Jatrofa Prioridades de Investigación: Jatropha curcas posee enormes ventajas en la producción de biocombustibles respecto a otras especies, es por esto que la investigación sobre esta especie es el primer paso. Entre las ventajas de esta especie se pueden mencionar: Es una planta severa a la naturaleza ya que puede crecer y sobrevivir con muy pocos cuidados en terrenos áridos o semiáridos (tierras marginales de escasos nutrientes). Tiene un crecimiento rápido y es una planta de vida muy larga (más de 40 años). Es una planta de muy fácil propagación (por semillas, por plántulas, por estacas y/o por micro propagación). Las semillas al tener un grado de toxicidad no son comestibles y por ende no son llevadas por los pájaros o ingeridas por otro tipo de animales. Soporta grandes periodos de seca (con escasas lluvias). Las plantaciones controlan la erosión, reduciendo la misma por efectos del agua o viento. Genera mejoras en la fertilidad del suelo. Genera una nueva renta para productores rurales en aquellos terrenos donde hoy no se cultiva. Aporta oxigeno y retiene dióxido de carbono. Secuestra hasta 8 kg de carbono por planta año. Las hojas pueden tener aplicaciones medicinales. La biomasa que se obtiene de la peladura de la semilla y de la cáscara del fruto se utiliza para generar biogás. Puede ser colocada en lugares donde la agricultura mecanizada es inviable Características Etnobotánicas de Jatropha (Jatropha Curcas) En los registros de uso tradicional de esta especie se puede verificar que toda la planta es ampliamente usada (las raíces, tallos, hojas, semillas y frutos). Así por ejemplo: Hemorragias en heridas no graves; propiedades antimicrobianas, se la usa localmente para tratamiento de hongos; el aceite de las semillas es laxante y vomitivo por lo que se la usa como fuerte purgante. También es usada para tratamiento de reumatismo y dolores de muelas, contra la tos y como antiparasitarias. 34 Cultivos Energéticos Alternativos Otros usos tradicionales de esta especie se incluyen a continuación: • La cáscara del fruto y las semillas pueden usarse como combustible. Las semillas secas, cubiertas de aceite de palma se usan como antorchas, que se mantienen encendidas incluso con fuerte viento. • El jugo de la hoja tiñe de color rojo y las telas de un color negro indeleble. La corteza tiene un 37 por ciento de taninos que dan un colorante azul oscuro. El látex también tiene un 10 por ciento de tanino y se puede usar como tinta. • Las semillas han sido sustituidas por aceite de castor y se usa ampliamente para enfermedades de la piel y aliviar dolores como los causados por el reumatismo. • El látex tiene propiedades antibióticas contra algunas bacterias, además de efectos coagulantes y se aplica directamente en heridas y cortes como antiséptico, y para sarpullidos, quemaduras e infecciones de piel. • Diversos preparados de la planta, incluyendo las semillas, hojas y corteza, frescas o en decocción, se usan en medicina tradicional y como medicamentos veterinarios por sus efectos diuréticos, para edemas, estreñimiento, fiebres, dolores reumáticos. • La pasta de prensar la semilla para aceite no puede usarse directamente como alimento para animales pues es tóxica para ellos. Sin embargo, si se le pasa por un proceso de destoxificación puede usarse sin problema para alimentar vacuno, cerdos y aves, pues contiene altos niveles de proteína (55 a 58 por ciento). • Sin destoxificar, puede usarse como abono orgánico pues tiene un alto contenido en nitrógeno, similar al del estiércol de gallina. El contenido en nitrógeno varía del 3 al 4 por ciento. Las ramas y hojas tiernas se usan también. Finalmente, esta especie puede ser utilizada en planes de reforestación, constituyendo una excelente alternativa en suelos marginales, ociosos y agotados, con una vida útil de 30 a 50 años. En los trópicos se cultiva ampliamente como setos y cercas vivas, pues no son comidas por el ganado y controlan la erosión del suelo (Foto 7). Foto 7. La jatrofa es considerada una especie muy importante en programas de reforestación (Asturias. R, 2006) 35 Cultivos Energéticos Alternativos CONCLUSIONES • La jatrofa o piñón (Jatropha curcas L.) perteneciente a la familia Euphorbiaceae, poseen características botánicas que la convierten en un importante recurso fitogenético en el Ecuador y en el mundo. Sus propiedades oleaginosas pueden contribuir a la reducción de la crisis de los combustibles fósiles y del calentamiento global. • Además de la obtención del aceite de sus semillas, que se usa para la elaboración de biocombustibles, poseen muchos otros usos tradicionales, principalmente en el campo de la medicina, aunque vale la pena subrayar que puede resultar una especie importante en la ejecución de planes de reforestación en espacios degradados. • El cultivo de esta especie, incluyendo aquellos orientados a la industrialización de sus productos, no representa mayores complejidades debido a sus cualidades resistentes. No demanda de labores culturales complejas ni de manejo de plagas y enfermedades por su propia toxicidad. • El norte de la sierra del Ecuador, específicamente las provincias de Imbabura y Carchi, poseen las condiciones climáticas adecuadas que permitirían una probabilidad de entre un 90 % a un 100 % de adaptación, por lo que, la implementación y la ejecución de proyectos relacionados con el cultivo y desarrollo de jatrofa, serían muy prometedores. • La jatrofa, por sus características botánicas, puede ser compatible con proyectos de desarrollo sustentable que persigan la producción de combustibles alternativos y la conservación de la calidad ambiental, al mismo tiempo. BIBLIOGRAFÍA 36 • ACOSTA SOLIS, Misael (1961) Los Bosques de Ecuador y sus Productos. Publicaciones Científicas. Ed. Ecuador. Quito. • ACOSTA_SOLIS, Misael (1992) Vaderacum de Plantas Medicinales del Ecuador. FESO, ABYA_YALA. Quito. • APG. 1998. An Ordinal Classification for the Families of Flowering Plants. 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