Biology Higher level Paper 1 - SmileTutor...2 N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX 1....

N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX

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BiologyHigher levelPaper 1

Thursday 5 November 2015 (morning)

1 hour

15 pages © International Baccalaureate Organization 20158815 – 6001

– 2 – N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX

1. Twopopulationsofthesamefishspecieswerefeddifferentdietstoinvestigatetheeffectofdifferingnutritionontheirgrowth.Whatisanappropriatemethodtodeterminethesignificance ofaresultingdifference?

A. Calculatethemeanforeachpopulation

B. Calculatethestandarddeviationforeachpopulation

C. Graphtheresults

D. Performat-test

2. Whichshowstheorderofsizefromsmallesttolargest?

A. Viruses→cellmembranethickness→eukaryoticcells→prokaryoticcells

B. Cellmembranethickness→prokaryoticcells→viruses→eukaryoticcells

C. Cellmembranethickness→viruses→prokaryoticcells→eukaryoticcells

D. Viruses→cellmembranethickness→prokaryoticcells→eukaryoticcells

3. Animalcellsoftensecreteglycoproteinsasextracellularcomponents.Whatisaroleoftheseglycoproteins?

A. Adhesion

B. Additionalenergyreserve

C. Membranefluidity

D. Wateruptake

4. Duringwhichstagedoesthecellsurfaceareatovolumeratiodecrease?

A. Interphase

B. Metaphase

C. Telophase

D. Cytokinesis

– 3 –

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5. Whatdescribesnucleardivisioninstemcells?

A. Clonalselection

B. Mitosis

C. Cytokinesis

D. Meiosis

6. Thediagramshowsaplasmamembrane.

[Source:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/da/Cell_membrane_detailed_diagram_en.svg]

WhichmoleculeislabelledX?

A. Cholesterol

B. Glycoprotein

C. Phospholipid

D. Amylase


7. Whichalwayscontainscarbon,hydrogenandoxygen?

I. Carbohydrate II. Protein III. Fat

A. IandIIonly

B. IandIIIonly

C. IIandIIIonly

D. I,IIandIII

8. Whatisdecreasedwhenlactaseisaddedtomilk?

A. Sweetness

B. Disaccharides

C. Calcium

D. Monosaccharides

9. WhatisrequiredtoreplicateDNA?

A. Temperatureof37°C

B. FreenucleotidescarryingA,C,GandTbases

C. Plasmids

D. Endonuclease

– 5 –

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10. Theimageshowsaladypickingtea(Camellia sinensis)leaves.

[Source:“SriLankaTeaHarvest(pixinn.net)”byChristopheMeneboeuf-Ownwork.MorephotosrelatedtoSriLankaonmyphotoblog:http://www.pixinn.net.LicensedunderCCBY-SA3.0viaCommons-https://commons.wikimedia.org/wiki/

File:SriLanka_TeaHarvest_(pixinn.net).jpg#/media/File:SriLanka_TeaHarvest_(pixinn.net).jpg(cropped)]

Oncetheleaveshavebeenpicked,allfurthermetabolismmustbestopped.Bywhatmeanscouldthisbeaccomplished?

A. Heating

B. Addingwater

C. Mechanicalcutting

D. Sprayingwithanti-fungalagent

11. Inapersonwhoisheterozygousforsickle-cellanemia,whereisthemutationfound?

A. Ineverygameteproduced

B. OnlyingametescarryinganXchromosome

C. Inallbraincells

D. Inbloodplasma

12. Whatisthechromosomenumberinahumangametewithnon-disjunction?

A. 46

B. 45

C. 24

D. 23

–6– N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX

13. InahumanwithtypeAblood,whatdeterminesthebloodgroup?

A. Sexchromosomes

B. Oneortwoalleles

C. Multiplealleles

D. Codominantalleles

14. HowareenzymesusedduringgenetransferinvolvingplasmidsandchromosomalDNA?

To cut plasmids To extract gene from DNA To rejoin DNA

A.

B. — —

C. —

D. —

–7–

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15. TheimageshowsafemaleGoldenOrb-weavingspider(Nephila plumipes).Theycangrowaslargeas4cmandbuildwebsstrongenoughtotrapsmallbirdsforfood.

[Source:©MarkCrocker.Usedwithpermission.]

Whichofthefollowingdescribe(s)thisspider?

I. Primaryconsumer II. Heterotroph III. Arthropod

A. Ionly

B. IandIIonly

C. IIandIIIonly

D. I,IIandIII

16. Whichhypothesisissupportedbyevidencefromecologicalresearch?

A. Decomposersarethefinalstageinthefoodchain.

B. Producersdependuponconsumersmorethanondecomposers.

C. Decomposershelptorecycleenergyfromfoodchains.

D. Producersusenutrientsthatdecomposershelptorecycle.


17. Whatcontributestotheenhancedgreenhouseeffect?

A. Ozonefromviolentthunderstorms

B. Carbonparticlesindieselengineexhaust

C. Methanefromagriculturalsources

D. Carbondioxidefromactivevolcanoesaroundtheworld

18. Thegraphshowstheworld’spopulationgrowthfrom1750to2100*.

Billions of people

1110

987654321

Key:*=predicted

1750 1850 1950 2000 2050* 2100*

Year

[Source:Datasource:UnitedNations]

Whatwouldexplainthedifferencebetweenthepredictedworldpopulationcurvecomparedwiththecurveuptothepresentday?

A. Enhancedfoodproduction

B. Improvedhealthcare

C. Decreasingnatality

D. Increasingemigration

– 9 –

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19. TheimageshowsanAcacia tortilistreewhichisoneof13speciesofAcacia.AllsuchfloweringtreesareexamplesofFabaceae.

[Source:“Eat267”.LicensedunderCCBY-SA3.0viaCommons- https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eat267.jpg#/media/File:Eat267.jpg]

WhatisthehighestleveloftaxaforAcacia tortilis?

A. Acacia

B. Tortilis

C. Fabaceae

D. Angiospermophyta

20. Whatstructuresinthesmallintestinetransportmostfats?

A. Collectingducts

B. Capillaries

C. Veins

D. Lacteals

21. Whatcausesheartventriclestofillwithblood?

I. Atrialcontraction II. Closingofatrio-ventricularvalves III. Openingofsemilunarvalves

A. Ionly

B. IandIIonly

C. IIandIIIonly

D. IIIonly


22. WhichisthecorrectstatementconcerningHIVandAIDS?

A. AllHIVpatientshaveAIDS.

B. HIVandAIDSaretransmittedonthesexchromosomes.

C. AllAIDSpatientshaveHIV.

D. HIVandAIDSneutralizeantibodies.

23. Whathappensfirstwhenaneurotransmitterbindstoapostsynapticneuron?

A. Ionsdiffuse

B. Electrophoresisbegins

C. Ca2+channelsopen

D. Repolarization

24. Howdoesthehypothalamusrespondtoaveryhighbodytemperature?

A. Increasesmusclecontraction

B. Stopsreceivingsensoryinput

C. Causesdilationofskinarterioles

D. Slowstheheartrate

25. Whathappensduringtranscriptionineukaryotes?

A. Polysomesmove.

B. Nucleosomesarephosphorylated.

C. RNApolymeraseseparatesDNAstrands.

D. Okazakifragmentsareproduced.

– 11 –

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26. Theimageshowsthestructureofhemoglobin.

α 1

β 1

α 2

β 2

[Source:http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/ba/Hemoglobin_t-r_state_ani.g]

Whatdeterminestheprimarystructureofhemoglobin?

A. Geneticinformation

B. Hydrogenbonding

C. Fourpolypeptidechains

D. Sidechaininteractions

27. Whatkindofbindingchangestheshapeofanallostericenzymesoitcanslowdownametabolicpathway?

A. Substratetoactivesite

B. Substratetoallostericsite

C. End-producttoactivesite

D. End-producttoallostericsite

28. Fromwhichsubstrateisthefirstcarbondioxidemoleculereleasedduringcellularrespiration?

A. Glucose

B. Pyruvate

C. AcetylCoA

D. Citrate(aC6intermediatecompoundintheKrebscycle)


29. Theimageshowsachloroplast.

[Source:“Chloroplastmini”byKelvinsong-Ownwork.LicensedunderCCBY3.0viaWikimediaCommons- https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chloroplast_mini.svg#/media/File:Chloroplast_mini.svg]

Duringphotosynthesis,whathappensinthechloroplastatthelocationlabelledlumen?

A. Protonsaccumulate.

B. Pyruvateundergoesdecarboxylation.

C. NADHisoxidized.

D. Oxygenisproduced.

30. Whatproductsofthelight-dependentreactionsareusedinthelight-independentreactions?

A. ATPandNADPH

B. NADPHandribulosebisphosphate(RuBP)

C. CO2andATP

D. ATPandO2

31. Whenaplantstembendstowardssunlight,whatchangedoesauxinpromoteinthecellsonthesideofthestemawayfromthelight?

A. Translocation

B. Celldifferentiation

C. Cellelongation

D. Transcription

– 13 –

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32. Whatcouldbeanadaptationofxerophytes?

A. Stomataonlyinthelowerepidermis

B. Extensiverootsystem

C. Largesurfaceareaofleaves

D. Photosynthesiswithoutlight-dependentmetabolism

33. Whichsetofconditionsstimulatesfloweringinlong-dayplants?

Dark period Phytochrome

A. continuousandmorethancriticalnightlength highconcentrationofPfr

B. continuousandmorethancriticalnightlength highconcentrationofPr

C. lessthancriticalnightlength highconcentrationofPfr

D. lessthancriticalnightlength highconcentrationofPr

34. Atwhichstageofmeiosisdoesapairofsisterchromatidsseparate?

A. MetaphaseI

B. AnaphaseI

C. MetaphaseII

D. AnaphaseII

35. Inafruitflyexperiment,greybody,normalwinged(homozygousdominant)fruitflieswerematedwithblackbody,shortwinged(homozygousrecessive)fruitflies.TheF1dihybridfemaleswerethenusedinatestcross.Ifthegenesarealwayslinkedandnocrossingoveroccurs,whatwouldbethepredictedratiointheF2generation?

A. 9:3:3:1

B. 1:1:1:1

C. 3:1

D. 1:1


36. Intheproductionofmonoclonalantibodies,B-cellsarefusedtotumourcellstomakehybridomacells.Whatcanhybridomacellsdo?

A. Divideendlessly

B. Ingestantigens

C. Becomememorycells

D. Bindtoantibodies

37. Askeletalmusclecontainsbundlesofelongatedmusclefibrecells.Whatisthelongeststructurewithineachfibre?

A. Amyosinfilament

B. Thesarcomere

C. Amyofibril

D. TheZline

38. Whatisafunctionofsynovialfluidintheelbowjoint?

A. Joinsthehumerustotheradiusandulna

B. Growsredbloodcells

C. Protectsthebiceps

D. Allowseasymovement

39. Wherearemicrovillilocatedinthenephron?

A. Glomerulus

B. Proximalconvolutedtubule

C. LoopofHenle

D. Collectingduct


40. Throughwhatprocessdoesaspermatidbecomeafunctioningspermatozoan?

A. Mitosis

B. Differentiation

C. Fertilization

D. Meiosis

N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX/M

2 pages

Markscheme

November 2015

Biology

Higher level

Paper 1

– 2 – N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX/M

1. D 16. D 31. C 46. – 2. C 17. C 32. B 47. – 3. A 18. C 33. C 48. – 4. A 19. D 34. D 49. – 5. B 20. D 35. D 50. – 6. A 21. A 36. A 51. – 7. D 22. C 37. C 52. – 8. B 23. A 38. D 53. – 9. B 24. C 39. B 54. – 10. A 25. C 40. B 55. – 11. C 26. A 41. – 56. – 12. C 27. D 42. – 57. – 13. B 28. B 43. – 58. – 14. A 29. A 44. – 59. – 15. C 30. A 45. – 60. –

20EP01

N15/4/BIOLO/HP2/ENG/TZ0/XX


• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Section A: answer all questions.• Section B: answer two questions.• Write your answers in the boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [72 marks].



2 hours 15 minutes

Candidate session number


20EP02

– 2 – N15/4/BIOLO/HP2/ENG/TZ0/XX

Section A

Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.

1. Sockeye salmon (Oncorhynchus nerka) spend the first years of their lives in the freshwater lakes of Alaska before migrating to marine waters. Their first months in marine waters are spent foraging and growing near the shore line. They then move to offshore regions of the North Pacific Ocean for 2 to 3 years.

Fork length

[Source: “Oncorhynchus nerka” by Timothy Knepp of the Fish and Wildlife Service. - US Fish and Wildlife Service. Licensed under Public Domain via Commons -

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oncorhynchus_nerka.jpg#/media/File:Oncorhynchus_nerka.jpg]

The graph shows fork length frequency of juvenile O. nerka caught during their first months in marine waters in autumn 2008 and ocean age one O. nerka caught 15 months later during winter 2009 in the North Pacific Ocean.

Number of O. nerka

60

50

40

30

20

10

0 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

Fork length / mm

Key: autumn 2008 (juvenile O. nerka) winter 2009 (ocean age one O. nerka)

[Source: Adapted from Edward V. Farley, Alexander Starovoytov, Svetlana Naydenko, Ron Heintz, Marc Trudel, Charles Guthrie, Lisa Eisner and Jeffrey R. Guyon (2011) ‘Implications of a warming eastern Bering Sea for Bristol Bay sockeye salmon’.

ICES Journal of Marine Science, 68 (6), pages 1138–1146, by permission of Oxford University Press.]

(This question continues on the following page)

20EP03

– 3 –

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(Question 1 continued)

(a) Identify the total number of O. nerka with fork length from 240 to 245 mm caught in autumn 2008 and winter 2009. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Compare the data in the graph for autumn 2008 and winter 2009. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c) Suggest two factors that could affect the distribution of O. nerka in the North Pacific Ocean. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


20EP04



Lipid in O. nerka was measured to evaluate possible differences in energy status during their first 15 months at sea. The graph shows the relationship between fork length and lipid content for O. nerka caught during autumn 2008 and winter 2009.

Total lipid content per O. nerka

/ g

16

14

12

10

8

6

4

2

0 0 150 200 250 300 350

Fork length / mm

Key: autumn 2008 (juvenile O. nerka) winter 2009 (ocean age one O. nerka)

[Source: Adapted from Edward V. Farley, Alexander Starovoytov, Svetlana Naydenko, Ron Heintz, Marc Trudel, Charles Guthrie, Lisa Eisner and Jeffrey R. Guyon (2011) ‘Implications of a warming eastern Bering Sea for Bristol Bay sockeye salmon’.

ICES Journal of Marine Science, 68 (6), pages 1138–1146, by permission of Oxford University Press.]

(d) State the range of lipid content measured in O. nerka caught during autumn 2008. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . g

(e) Outline any correlation between total lipid content and fork length in autumn 2008 and in winter 2009. [2]

Autumn 2008: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Winter 2009: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


20EP05

– 5 –

Turn over



(f) Suggest reasons for the differences in lipid content. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


20EP06



Persistent organic pollutants, such as polychlorinated biphenyls (PCBs), have been shown to reach unpolluted arctic areas by air currents. Another method of transport of these pollutants into these ecosystems is provided by migrating O. nerka.

Pollutant transport was studied in a population of O. nerka in the Copper River (Alaska). The graph shows concentration of PCBs in muscle lipids of O. nerka in relation to the distance of upstream migration.

PCBs in muscle lipids / ng g–1

10 000

1000

100

Oce

an 0 100 200 300 400

Distance of upstream migration / km

[Source: Ewald, Göran, Per Larsson, Henric Linge, Lennart Okla, & Nicole Szarzi. “Biotransport of Organic Pollutants to an Inland Alaska Lake by Migrating Sockeye Salmon (Oncorhynchus nerka).”

ARCTIC, 51.1 (1998): 40–47. Used with permission from the Arctic Institute of North America.]

(g) Describe the relationship between the distance of upstream migration and the concentration of PCBs in O. nerka. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(h) State the concentration of PCBs in muscle lipids at 125 km from the ocean estimated by the correlation line. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


20EP07

– 7 –

Turn over



(i) As the O. nerka migrate upstream they no longer feed. Suggest a reason for the relationship of distance of upstream migration and concentration of PCBs in muscle lipids. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20EP08


2. (a) The micrograph shows a cell from the root of an onion (Allium cepa) during mitosis.

[Source: © Ed Reschke used with permission by Getty Images]

(i) Calculate the magnification of the image. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Deduce the stage of mitosis shown in the micrograph. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(iii) The onion (Allium cepa) is an angiospermophyte. The honey bee (Apis mellifera) is an arthropod. State three structural differences between the cells of an onion and a honey bee. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


250 μm

20EP09

– 9 –

Turn over



(b) State what is indicated by the presence of polysomes in a cell. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20EP10


3. (a) (i) Label the structures indicated on the X-ray of a human elbow. [2]

X: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Y: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[Source: © International Baccalaureate Organization 2016]

(ii) State the role of tendons. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Explain the role of calcium in muscle contraction. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


20EP11

– 11 –

Turn over



(c) One of the stages of aerobic respiration is called the link reaction.

(i) Label the diagram to indicate where the link reaction occurs. [1]

(ii) Outline the role of coenzyme A in aerobic respiration. [2]

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4. In the pea plant (Pisum sativum), the allele for tall plants is A and the allele for short plants is a. The allele for green plants is B and the allele for yellow plants is b.

(a) Determine the phenotype of Aabb. [1]

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(b) Compare the information that could be deduced when the genotypes are presented as

AaBb or . [2]

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(c) Deduce one possible recombinant offspring of individual after a test cross. [1]

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Section B

Answer two questions. Up to two additional marks are available for the construction of your answers. Write your answers in the boxes provided.

5. (a) Draw a labelled diagram of a mature human egg. [5]

(b) Outline a technique used for gene transfer. [5]

(c) Explain how evolution may happen in response to environmental change with evidence from examples. [8]

6. (a) Draw a labelled diagram to show the structure of a sarcomere. [5]

(b) Explain how an impulse passes along the axon of a neuron. [8]

(c) Describe the process of endocytosis. [5]

7. (a) The leaves of plants are adapted for photosynthesis. Draw a labelled plan diagram of a leaf to show the distribution of tissues in a leaf. [5]

(b) Explain how abiotic factors affect the rate of transpiration in terrestrial plants. [8]

(c) Describe the importance of water to living organisms. [5]

8. (a) Draw a labelled diagram to show the structure of the heart. [5]

(b) Outline how the human body responds to high blood glucose levels. [5]

(c) Explain the role of the nephron in maintaining the water balance of the blood in the human body. [8]

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20EP20


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32EP01



Friday 6 November 2015 (afternoon)Candidate session number

1 hour 15 minutes


• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Answer all of the questions from two of the options.• Write your answers in the boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [40 marks].

Option QuestionsOption D — Evolution 1 – 3Option E — Neurobiology and behaviour 4 – 6Option F — Microbes and biotechnology 7 – 9Option G — Ecology and conservation 10 – 12Option H — Further human physiology 13 – 15


32EP02


Option D — Evolution

1. Researchers investigating human evolution recorded energy use for the brain, gastrointestinal tract (gut), liver, kidneys and heart as a percentage of total energy used in the human body. They found that these organs use around 70 % of the body’s energy although they account for only about 7 % of body mass. They also compared the mass of each of these organs in humans with other modern primates, each with a body mass of 65 kg as shown in the bar chart.

Human organs Brain Gut Liver Kidneys Heart

Energy use as percentage of total for body / % 16 15 19 8 11

Mass / kg

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Key:

BrainGutLiverKidneysHeart

Human Other primates

[Source: Brains and guts in human evolution: The Expensive Tissue Hypothesis. Braz. J. Genet. [online]. 1997, vol.20, n.1 [cited 2015-11-17] . Available from:

<http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-84551997000100023&lng=en&nrm=iso>. ISSN 1678-4502. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-84551997000100023.]

(Option D continues on the following page)

32EP03

– 3 –

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(Option D, question 1 continued)

(a) Calculate the percentage of the total body mass made up by the human brain. [1]

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(b) Compare the mass of human organs with the mass of other primate organs. [2]

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(c) Using information from the table and the graph, identify the human organ which uses the greatest amount of energy per kilogram of body tissue. [1]

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(d) Explain the differences between the organ size of humans and other primates in terms of trends in human evolution and their causes. [4]

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32EP04


(Option D continued)

2. (a) Distinguish between allopatric speciation and sympatric speciation. [1]

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(b) The diagram shows part of a cladogram for invertebrate species from the Cambrian age.

Jianshanopodia

Megadictyon

Kerygmachela

Pambdelurion

Opabinia

Anomalocaris

Laggania

Hurdia

Diania

Schinderhannes

Fuxianhuia

Leanchoilia

Euarthropoda

(i) On the cladogram, label with the letter C the point that shows the most recent common ancestor of Pambdelurion and Fuxianhuia. [1]

(ii) Identify which two species evolved most recently. [1]

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32EP05

– 5 –

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(c) There is evidence that prokaryotes were responsible for changes in the atmospheric gases 3.5 billion years ago. Outline the role of bacteria in producing an oxygen-rich atmosphere. [3]

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32EP06



3. Discuss evolution by gradualism and punctuated equilibrium. [6]

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End of Option D

32EP07

– 7 –

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Please do not write on this page.

Answers written on this page will not be marked.

32EP08


Option E — Neurobiology and behaviour

4. Lizards living in the Kalahari Desert of southern Africa are diurnal (active in daylight). Scientists studied this rhythmical behaviour during different seasons of the year. Observations were made of the number of lizards active each hour and this was recorded as a percentage of the total number of lizards that were active. The graph shows the results for the Southern Spiny Agama (Agama hispida) lizard. Between the hours of 19:00 and 7:00 the lizards were inactive.

[Source: Image courtesy of Trevor Hardaker. www.hardaker.co.za]

Active lizards / %

35

30

25

20

15

10

5

0

7:00

8:00

9:00

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

Time of day / h

Key: winter spring summer

[Source: R. B. Huey and E. P. Pianka (1977) Ecology, 58(5): pages 1066–1075.]

(Option E continues on the following page)

32EP09

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Turn over


(Option E, question 4 continued)

(a) State one time in spring when 5 % of the lizards were active. [1]

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(b) (i) Winter and summer weather conditions differ in the Kalahari Desert. Compare the results for summer and winter. [3]

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(ii) The temperatures differ in summer and winter. Suggest one other possible reason why the lizard activity differs in summer and winter. [1]

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(c) Outline one other example illustrating the adaptive value of a rhythmical behaviour pattern in a named animal. [3]

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32EP10


(Option E continued)

5. (a) The diagram shows the procedure used by Pavlov during his experiment on dogs.

Food

Tube

[Source: http://www.all-about-psychology.com/images/pavlovs-dog.jpg]

(i) State the type of stimulus provided by the sight and smell of the food. [1]

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(ii) State the function of the tube. [1]

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(b) State two effects presynaptic neurons could have on postsynaptic transmission. [1]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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(Option E, question 5 continued)

(c) Describe one experiment that could be used to investigate taxis behaviour in a named invertebrate. [3]

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(Option E continued)

6. Explain how the ear converts sound waves in the air to the nerve impulses sent to the brain. [6]

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End of Option E

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Option F — Microbes and biotechnology

7. The bacterium Escherichia coli is responsible for over 70 000 cases of illness each year in the US. More than half of these cases are due to transmission of the bacteria in food, particularly from ground beef in undercooked burgers. Epidemiologists collected evidence from 183 outbreaks of food poisoning between the years 1982 and 2002 and identified the food responsible for the outbreak. They divided the foods into dairy products, fruit and vegetables, beef, ground beef (beef which has been minced) and other foods. In some cases they were unable to identify the food that had caused the outbreak. The results are displayed in the bar chart.

Number of outbreaks

25

20

15

10

5

0

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

Year

Key:

unknown food sourceother foodsdairy productsfruit and vegetablesbeef (not ground)ground beef

[Source: Rangel JM, Sparling PH, Crowe C, Griffin PM, Swerdlow DL. Epidemiology of Escherichia coli O157:H7 outbreaks, United States, 1982–2002. Emerg Infect Dis [serial on the Internet].

2004 Apr. Available from http://wwwnc.cdc.gov/eid/article/11/4/04-0739 DOI: 10.3201/eid1104.040739]

(Option F continues on the following page)

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(Option F, question 7 continued)

(a) State the number of years during the study when contaminated dairy products caused food poisoning. [1]

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(b) (i) Compare the outbreaks of food poisoning in 1989 and 1994. [2]

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(ii) Suggest two reasons for these changes. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(c) Explain how pasteurization may have prevented food poisoning by dairy products. [2]

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(Option F continued)

8. (a) State one example of a bacterium that forms aggregates. [1]

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(b) State the type of bacteria that are adapted to a habitat with high salt concentrations. [1]

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(c) Outline the process of nitrogen fixation by a named free-living bacterium. [2]

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(Option F, question 8 continued)

(d) The image shows part of a sewage treatment plant.

[Source: “Trickling filter bed 2 w” by Velela - Transferred from en.wikipedia.org [1]: 2005-01-16 21:23 Velela 1296x972 (680941 bytes). Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons - https://commons.

wikimedia.org/wiki/File:Trickling_filter_bed_2_w.JPG#/media/File:Trickling_filter_bed_2_w.JPG]

Outline the role of bacteria in trickling filter bed treatment of sewage. [3]

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32EP18


(Option F continued)

9. Discuss the possible role of prions in causing spongiform encephalopathies. [6]

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End of Option F

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32EP20


Option G — Ecology and conservation

10. In South Korea, flocks of birds of the tit family (Paridae) forage together on trees for food. Researchers observed four species of Paridae to determine whether they shared the same habitat in the trees and whether their position on the tree depended on their size. The leafy part of the tree (crown) was divided into nine sections, three according to height from the ground and three according to the distance from the tree trunk. Observations were also made of birds foraging in the bushes surrounding the trunk and on the ground below the tree. The chart shows the relative use of each section of the habitat by the birds.

Decreasing size of species of bird

Varied Tit(P. varius)

Clo

se to

trun

k

Mid

dis

tanc

e fro

m tr

unk

Far f

rom

trun

k

Upper crown

Middle crown

Lower crown

Bushes around trunk

Ground

Great Tit(P. major )

Clo

se to

trun

k

Mid

dis

tanc

e fro

m tr

unk

Far f

rom

trun

k

Marsh Tit(P. palustris)

Clo

se to

trun

k

Mid

dis

tanc

e fro

m tr

unk

Far f

rom

trun

k

Coal Tit(P. ater )

Clo

se to

trun

k

Mid

dis

tanc

e fro

m tr

unk

Far f

rom

trun

k

Key: relative use

high medium to high medium medium to low low

[Source: S. Lee and P. G. Jablonski (2006) Polish Journal of Ecology, 54 (3), pages 481–490.]

(Option G continues on the following page)

32EP21

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(Option G, question 10 continued)

(a) State the relative use of the habitat by the Great Tit in the upper crown of the tree close to the trunk. [1]

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(b) Identify the section of habitat used least by the birds. [1]

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(c) Compare how the Varied Tit and the Marsh Tit use the habitat in the upper crown of the tree. [2]

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(d) State how the distribution of birds changes with their size in the middle crown of the tree. [1]

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(e) Suggest one reason why few Varied Tits were found far from trunk. [1]

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32EP22


(Option G, question 10 continued)

(f) Discuss whether the results for the Varied Tit and Coal Tit indicate competitive exclusion. [2]

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32EP23

– 23 –

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(Option G continued)

11. (a) (i) State which environmental conditions would favour r-strategies of reproduction over K-strategies. [1]

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(ii) Outline one advantage to a species of using r-strategy. [1]

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(b) Outline how habitat corridors can aid conservation of biodiversity in a nature reserve. [1]

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(c) Explain how living organisms can change the abiotic environment during primary succession. [3]

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32EP24


(Option G continued)

12. Discuss, using three examples, how alien species have impacted ecosystems. [6]

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End of Option G

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32EP26


Option H — Further human physiology

13. Coronary heart disease (CHD) is common in some families, with men being more susceptible to the disease than women. Researchers in Finland carried out an investigation to determine whether the pattern within families was the same for women as for men. The graph shows how the risk of developing CHD in men and women of certain ages depends on whether they had a brother or sister with the disease.

Risk of developing CHD

/ %

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0 40 – 44 45 – 49 50 – 54 55 – 59 60 – 64

Age range

Key: men whose brothers had CHD women whose brothers had CHD

men whose sisters had CHD women whose sisters had CHD

male control female control

[Source: Pohjola-Sintonen S. et al. Family history as a risk factor of coronary heart disease in patients under 60 years of age. European Heart Journal Feb 1998, 19 (2), 235–239; DOI: 10.1053/euhj.1997.0543, Figs 1 & 2.

© 1998, by permission of Oxford University Press.]

(a) State the risk of a man developing CHD between the ages of 55 – 59 if his brother had CHD. [1]

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(Option H continues on the following page)

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(Option H, question 13 continued)

(b) Calculate the increase in risk over the control group for a woman of 60 – 64 of developing CHD if her sister had the disease. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .%

(c) Compare the results for the men and the women. [3]

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(d) Suggest two reasons why a man is more likely to develop CHD if his brother had the disease. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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(Option H continued)

14. (a) State the pathway by which hormones travel from the hypothalamus to the anterior pituitary gland. [1]

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(b) State the condition of the blood that would stimulate the release of ADH (vasopressin). [1]

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(c) Outline the function of gastrin. [2]

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32EP29

– 29 –

Turn over


(Option H, question 14 continued)

(d) The graph shows the oxygen dissociation curve for adult hemoglobin.

Percentage saturation of hemoglobin

Partial pressure of oxygen

(i) Using the graph, draw a line to show how the oxygen dissociation curve changes with the Bohr shift. [1]

(ii) Explain the role of the Bohr shift during vigorous exercise. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


32EP30


(Option H continued)

15. Explain the role of the liver in regulating and storing nutrients. [6]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

End of Option H

32EP31



32EP32



14 pages






1 hour

© International Baccalaureate Organization 2016

Friday 4 November 2016 (morning)

8816 – 6001


1. Which feature of striated muscle cells allows them to be considered as a possible exception to the cell theory?

A. They are found in multicellular organisms.

B. They contain more than one nucleus.

C. They are specialized for movement.

D. They do not carry out mitosis.

2. Which characteristic of stem cells makes them useful for treating Stargardt’s disease?

A. They can differentiate into retinal cells.

B. They are readily available from especially created embryos.

C. They transport white blood cells to the eyes.

D. Theydividebybinaryfissionsoprovidesufficientcells.

3. The cell membrane model proposed by Davson–Danielli was a phospholipid bilayer sandwiched between two layers of globular protein. Which evidence led to the acceptance of the Singer–Nicolson model?

A. The orientation of the hydrophilic phospholipid heads towards the proteins

B. The formation of a hydrophobic region on the surface of the membrane

C. The placement of integral and peripheral proteins in the membrane

D. The interactions due to amphipathic properties of phospholipids

4. The giant marine alga Halicystis ovalis is able to move sodium ions from vacuoles to the surrounding seawater through active transport. Which condition or feature is required for this mode of transport?

A. Movement from a region of higher sodium concentration to a region of lower sodium concentration

B. A partially permeable surface

C. Membranefluidity

D. Transmembrane proteins

– 3 –

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5. The diagram shows a molecular structure.

CH2

CH2

CH2

C

CH3

H CH3

CH3

CH3

CH

H3C

HO

Which type of molecule is shown?

A. Amino acid

B. Lipid

C. Carbohydrate

D. Nucleotide

6. Which properties explain the ability of water to dissolve solutes?

I. Polarity of water molecules

II. Highspecificheatcapacityofwater

III. Hydrogen bonding

A. I and II only

B. I and III only

C. II and III only

D. I, II and III


7. Olive oil may reduce the risk of coronary heart disease. What is/are the compound(s) responsible forthehealthbenefitsofoliveoil?

I. Cis unsaturated fatty acids

II. Trans unsaturated fatty acids

III. Saturated fatty acids

A. I only

B. I and II only

C. II and III only

D. I, II and III

8. A fever in a normally healthy adult during an illness is not usually a problem and can be regarded as a defence mechanism. However, a fever higher than 41 °C might be dangerous. What is the cause of the possible damage due to a high fever?

A. Loss of body mass

B. Muscle damage due to shivering

C. Overactive metabolic enzymes

D. Spread of infection

9. Itispossibletoattachβ-galactosidasetoalginatebeadsforuseintheproductionoflactose-freemilk.Whatareenzymesthathavebeenattachedinthiswaycalled?

A. Inhibited

B. Immobilized

C. Catalysed

D. Activated

10. Whatisproducedbysomatic-cellnucleartransfer?

A. Adult sheep

B. Cloned embryos

C. Rootedstem-cuttings

D. Geneticallymodifiedfood

– 5 –

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11. What is the major health issue resulting from the Chernobyl nuclear accident in 1986?

A. Coronary thrombosis

B. Cholera

C. Sex-linkeddiseases

D. Thyroid cancer

12. The diploid number of chromosomes in humans (Homo sapiens) is 46 and the diploid number of chromosomes in rice (Oryza sativa) is 24. What does this indicate about diploid chromosome numbers?

A. Plant species have a lower diploid number of chromosomes than animals.

B. Members of a species have the same diploid number of chromosomes.

C. The evolutionary progress of species is determined by the diploid number of chromosomes.

D. The complexity of the organisms is correlated to the diploid number of chromosomes.

13. What description is matched with the correct phase in meiosis I?

A. Prophase I recombination occurs only between sister chromatids

B. Metaphase I homologous chromosomes join together at each end of the cell

C. Anaphase I homologous chromosomes are pulled apart

D. Telophase I two diploid nuclei are produced

14. Whatistheclassificationofanorganismthatisabletomakeorganiccompoundsfrominorganic nutrients?

A. Autotroph

B. Consumer

C. Detritivore

D. Saprotroph


15. How is peat formed?

A. From methanogenic archaeans under anaerobic and acidic conditions in deep sea vents

B. From partially decomposed organic matter under anaerobic and acidic conditions in waterlogged soils

C. From porous limestone under high pressure, aerobic and alkaline conditions in ocean beds

D. From bituminous coal under high pressure, anaerobic and acidic conditions below ground

16. What contributes to rising atmospheric concentrations of carbon dioxide and increases in average global temperature?

A. An increase in the shorter wavelength radiation emitted by Earth

B. An increase in longer wavelength radiation emitted by Earth

C. An increase in the combustion of fossilized organic matter

D. The depletion of ozone in the stratosphere

17. Which evidence for evolution do the common features in the bone structure of vertebrate limbs provide?

A. Adaptive radiation

B. Divergent radiation

C. Convergent evolution

D. Discontinuous variation

18. What is the major contributor to the increase in antibiotic resistance in bacteria?

A. Sexual reproduction

B. Mutation

C. Natural selection

D. New antibiotics

– 7 –

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19. ThescientificnameofthegreategrethasrecentlybeenchangedfromCasmerodius albus to Ardea alba.

[Source:http://images.freeimages.com/images/previews/218/ardea-alba-2-1250856.jpg,bysxc]

Whatisapossiblereasonforthereclassificationofegrets?

A. Allopatric speciation

B. Discovery of different ancestry

C. A change in the mating behaviours

D. Change in habitat and geographic range

20. What is the main method of transport of monosaccharides such as fructose across the intestinal epithelium?

A. Osmosis

B. Facilitated diffusion

C. Endocytosis

D. Active transport

21. What is the position of heart valves when blood pressure is highest in the aorta?

Atrioventricular valves Semilunar valves

A. open closed

B. closed open

C. closed closed

D. open open


22. In Florey and Chain’s experiment, eight mice were infected with lethal doses of Streptococcus bacteria. The four mice given penicillin survived, but the untreated mice died. What can be concluded from these results?

A. The experiment should be repeated with more mice.

B. There is a causal relationship between the use of penicillin and antibiotic resistance in bacteria.

C. Penicillin can be used to treat bacterial infections in humans.

D. Penicillin may have played a role in the recovery of the four mice.

23. Which conditions are correct for inspiration?

Muscles contracted Pressure in thorax

A. external intercostal decreases

B. internal intercostal increases

C. diaphragm increases

D. abdominal decreases

24. The decline in European honeybee (Apis mellifera) populations may be linked to neonicotinoid pesticides. What effect do these pesticides have on the nervous system of insects?

A. They prevent acetylcholinesterase from breaking down acetylcholine.

B. They inhibit depolarization in the presynaptic neuron which increases the levels of acetylcholine.

C. They produce an inhibitor that promotes the binding of acetylcholine.

D. They block synaptic transmission by binding with postsynaptic acetylcholine receptors.

25. Which hormone controls circadian rhythms?

A. Thyroxin

B. Melatonin

C. Leptin

D. Glucagon

– 9 –

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26. WheredoesatRNA-activatingenzymeattachtheappropriateaminoacidtothetRNAmolecule?

A.

B.

C.

D.

27. Whatdoespost-transcriptionalmodificationofeukaryoticmRNAinclude?

I. Introns are removed from mRNA.

II. Exons are joined together to form mature mRNA.

III. A 5' cap and 3'poly-AtailareaddedtomRNA.

A. I only

B. I and III only

C. II and III only

D. I, II and III

28. Variations in the types of antibodies are produced by mRNA splicing. What is an advantage of this process?

A. Reduces the size of mRNA required for the translation of antibodies

B. Increases the number of different antibodies that can be synthesized

C. Ensures that one gene codes for one antibody

D. Speeds up transcription of antibodies


29. Thegraphshowsanexampleofanenzyme-catalysedreaction.

Rate of reactionX

Substrate concentration

What does the curve labelled X represent?

A. No inhibition

B. Competitive inhibition

C. Non-competitiveinhibition

D. Reversible inhibition

30. Which process requires oxygen in aerobic cell respiration?

A. Oxidation of triose phosphate

B. Reduction of hydrogen carriers

C. Maintaining an oxygen concentration gradient in mitochondria

D. Accepting electrons at the end of the electron transport chain

– 11 –

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31. Theelectronmicrographshowspartofaplantcell.Wheredothelight-independentreactionsofphotosynthesis take place?

A.

B.

C.D.

1 μm

[Source:adaptedfromhttp://themicroscopicplant.weebly.com]

32. Excessive irrigation can cause increased salinity in the soil. What effect does this have on water transport in the plant roots?

A. Decreases movement of water from soil into the root

B. Absorption of water with a higher solute concentration

C. Increases movement of water from soil into the root

D. Absorption of water with a lower solute concentration

33. Chrysanthemumsareanimportantcommercialflower.Asashort-dayplant,howcangrowersinducechrysanthemumstofloweroutofseason?

A. Expose plants to short bursts of light for 24 hours

B. Expose plants to 15 hours of continuous light

C. Expose plants to 12 hours of light and 12 hours of darkness

D. Expose plants to 15 hours of continuous darkness


34. What is/are the effect(s) of auxin in plants?

I. Increasing the rate of cell elongation in stems

II. Changing the pattern of gene expression in shoot cells

III. Detecting the direction of light

A. I only

B. I and II only

C. II and III only

D. I, II and III

35. Some of the ratios that Morgan investigated in genetic crosses did not correspond with expected Mendelian ratios. What was the cause?

A. The genetic crosses used insects rather than plants.

B. The results were counted more reliably than Mendel’s.

C. The genes in the genetic crosses were linked.

D. Drosophila has more genes than plants.

36. Fossil records show that black bears increased in size during the Ice Age and decreased in size with warmer temperatures. What type of selection do these changes in size represent?

A. Allopatric

B. Directional

C. Disruptive

D. Stabilizing

– 13 –

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37. What is directly responsible for allergic symptoms, including a runny nose or itchy eyes?

A. Pathogens

B. Histamine

C. T-lymphocytes

D. Antigens

38. What is required for a skeletal muscle to exert force?

A. Extensorandflexormuscles

B. Synovial joints

C. Attachment to bones

D. Ligaments

39. Which kidney adaptation would be expected in the desert kangaroo rat (Dipodomys deserti )?

A. Increased nephron density

B. Longer proximal convoluted tubule

C. Longer loop of Henle

D. Increased ADH receptors on the collecting duct

Removed for copyright reasons


40. Where does the acrosome reaction occur?

A.

B.

C.

D.

[Source:Adaptedfromhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Gray3.png]


2 pages

Markscheme

November 2016

Biology

Higher level

Paper 1


1. B 16. C 31. B 46. – 2. A 17. A 32. A 47. – 3. C 18. C 33. D 48. – 4. D 19. B 34. B 49. – 5. B 20. B 35. C 50. – 6. B 21. B 36. B 51. – 7. A 22. D 37. B 52. – 8. C 23. A 38. C 53. – 9. B 24. D 39. C 54. – 10. B 25. B 40. C 55. – 11. D 26. C 41. – 56. – 12. B 27. D 42. – 57. – 13. C 28. B 43. – 58. – 14. A 29. C 44. – 59. – 15. B 30. D 45. – 60. –

20EP01

20 pages




• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Section A: answer all questions.• Section B: answer two questions.• Write your answers in the boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [72 marks].

2 hours 15 minutes

© International Baccalaureate Organization 2016

Friday 4 November 2016 (morning)Candidate session number

8816 – 6002

20EP02


Section A


1. Coral reefs are among the most spectacular ecosystems on Earth. They support a rich diversity of life and provide economic benefits to the people who use them. In Papua New Guinea in the Pacific Ocean north of Australia the following data were collected. Coral cover is the percentage of the reef surface covered by live hard coral.

Coral cover / %

80

70

60

50

40

30

20

10

0

24.70

24.65

24.60

24.55

24.50

24.45

24.40

24.35

24.30

Mean annual ocean temperature

/ °C

1994 1996 1998 2000 2002 2004

Year

Key: percentage coral cover ocean temperature

[Source: adapted from Jones et al. (2004), The Encyclopedia of Earth, Patterns of Coral Loss]

(a) Calculate the difference in coral cover in 1996 and 2002. No working required. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . %

(b) Describe the evidence that the ocean temperature has an effect on coral cover. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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20EP03

– 3 –

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(c) Suggest causes for the changes in ocean temperature. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(This question continues on page 5)

20EP04




20EP05

– 5 –

Turn over


(Question 1 continued from page 3)

In order to test the effect of temperature, live samples of a species of coral, Pocillopora damicornis, were placed in an experimental chamber at a constant pH, water depth and low light. All the coral samples were started at 26 °C and half of them were rapidly increased to 30 °C.

Coral sample

Containers holding the coral samples

pH meter

Heat pad kept at 26 °C

Heat pad rapidly increased from 26 °C to 30 °C

Light source

The pie charts show the percentage of live and dead tissues at the end of the experiment.

Key: live dead

Constant temperature26 °C

Rapidly increasing temperature26 °C to 30 °C

[Source: Adapted from Mace G. Barron, Cheryl J. McGill, Lee A. Courtney, and Dragoslav T. Marcovich, “Experimental Bleaching of a Reef-Building Coral Using a Simplified Recirculating Laboratory Exposure System,” Journal of Marine Biology, vol. 2010, Article ID 415167, 8 pages, 2010. doi:10.1155/2010/415167]

(d) Identify one advantage of conducting this experiment in the laboratory rather than in the ocean. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(e) Comment on whether the experimental data supports the observed data from the ocean. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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20EP06



Acidification of the world’s oceans is an increasing threat to the health of oceanic life including coral reefs. Corals perform calcification to create their calcium carbonate exteriors. An experiment was conducted on Heron Island, Southern Great Barrier Reef, Australia. For the experiment the pH was altered by dissolving carbon dioxide in the water. Three different coral species were used, with each test group at two different temperature ranges and three different pH values. The white line in each photograph represents 5 cm.

Porolithon onkodes Acropora intermedia Porites lobata

Calcification /percentage mass

increase per month

16

12

8

4

0

– 4 8.2 7.9 7.6 8.2 7.9 7.6 8.2 7.9 7.6 pH

Key: 25 –26 °C 28 – 29 °C

[Source: Adapted from K. R. N. Anthony, D. I. Kline, G. Diaz-Pulido, S. Dove, and O. Hoegh-Guldberg, “Ocean acidification causes bleaching and productivity loss in coral reef builders,” PNAS, vol. 105 no. 45, 17442–17446,

Copyright 2008 National Academy of Sciences, U.S.A.]

(f) (i) Describe the trend in calcification when the pH is decreased at 25 –26 °C. [1]

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(ii) In environmental studies, a critical value is the level at which a population declines or shows signs of poor health. Suggest a critical pH for P. onkodes. [1]

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(iii) Using all of the data, comment on the hypothesis that ocean acidification in warming seas will have the same effect on all species of coral. [1]

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(g) Suggest another marine animal that has parts made of calcium carbonate and may therefore be damaged due to ocean acidification. [1]

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(h) Outline causes of ocean acidification. [2]

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(i) Discuss the need for international cooperation to solve the problems of declining coral populations. [3]

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2. (a) The image is an electron micrograph of the lining of the small intestine.

Goblet cell

[Source: adapted from A. L. Mescher (2009), Junqueira’s Basic Histology: Text and Atlas, 12th Edition, © 2009 McGraw-Hill Education]

(i) Label the microvilli using the letter M and a nucleus using the letter N. [1]


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(ii) State the function of the goblet cell. [1]

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(iii) Deduce, with a reason, whether or not the goblet cell is likely to divide. [1]

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(b) Explain how the cell cycle is controlled. [4]

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3. (a) Identify the following processes as either anabolism or catabolism by placing a tick () in the correct box. [2]

Process Anabolism Catabolism

Light-independent reactions of photosynthesis

Glycolysis

(b) Outline the importance of enzymes to metabolic processes. [4]

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4. (a) List two causes of variation within a gene pool. [2]

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(b) Describe how variation contributes to evolution by natural selection. [3]

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(c) Outline what is required for speciation to occur. [3]

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5. This is a pedigree chart of a family with hypophosphatemia, an X-linked condition, in which bone deformities occur because of poor absorption of phosphates into the blood.

Key: unaffected female affected female

unaffected male affected male

(a) Using the pedigree chart, deduce the type of allele that causes hypophosphatemia. [2]

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(b) Identify the genotype of the individual marked with a star in the pedigree chart, using appropriate symbols for your answer. [1]

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Section B

Answer two questions. Up to one additional mark is available for the construction of your answers for each question. Write your answers in the boxes provided.

6. The human circulatory system is structured to serve the organs and tissues of the body efficiently.

(a) Explain how circulation of the blood to the lungs and to other systems is separated in humans and what the advantages of this separation are. [8]

(b) Describe what happens in alveoli. [4]

(c) Distinguish between the composition of the blood of the renal artery and the blood of the renal vein. [3]

7. Angiospermophyta are vascular flowering plants.

(a) Describe the transport of organic compounds in vascular plants. [4]

(b) The flowers of angiospermophyta are used for sexual reproduction. Outline three processes required for successful reproduction of angiospermophyta. [3]

(c) Growth in living organisms includes replication of DNA. Explain DNA replication. [8]

8. In ecosystems, energy is used to convert inorganic compounds into organic matter. Energy enters ecosystems through producers.

(a) Explain the processes by which light energy is converted into chemical energy. [8]

(b) Producers extract phosphates and nitrates from soil. Outline how these ions are used in the synthesis of organic molecules. [3]

(c) Describe how energy flows through and is used by organisms in ecosystems. [4]

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36EP01



Monday 7 November 2016 (morning)

1 hour 15 minutes


• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Write your answers in the boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [45 marks].

Section A Questions

Answer all questions. 1 – 3

Section B Questions

Answer all of the questions from one of the options.

Option A — Neurobiology and behaviour 4 – 8

Option B — Biotechnology and bioinformatics 9 – 13

Option C — Ecology and conservation 14 – 18

Option D — Human physiology 19 – 23

35 pages © International Baccalaureate Organization 2016


8816 – 6003

36EP02


Section A


1. Therateofhydrolysisoffishproteinsusingtheenzymespapainandpancreatinwasmonitoredusingtheapparatusshown.ThepHdecreasedwiththeprogressofhydrolysis,so alkali in the burette was added asnecessaryinorderforthehydrolysistoproceedatconstantpH.Therateofproteinhydrolysiswasmeasuredastheamountofalkaliadded. MeasurementsweretakenatconstantconditionsoftemperatureandpHfortwoenzymeconcentrations,1 % and 0.1 %.

Stirrer

Burette

pHprobe

Reaction vessel

Water bath

pHmeter

pH7.0

Total volume of alkali added

/ ml

25

20

15

10

5

0

Key: papain 1 % pancreatin1 % papain 0.1 % pancreatin0.1 %

0 50 100 150 200 250 Duration of hydrolysis / min

[Source:adapted from“AStudyoftheEnzymaticHydrolysisofFishFramesUsingModelSystems”,writtenbyAristotelisT.Himonides,AnthonyK.D.Taylor,AnneJ.Morris,publishedbyFood and Nutrition Sciences,Vol.2No.6,2011.

Copyright©2011SciRes.]


36EP03

– 3 –

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(a) Statetheeffectofenzymeconcentrationonthehydrolysisofproteins. [1]

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(b) Sketchonthegraphthecurveexpectedifthehydrolysiswereperformedusingpapain 0.5 %. [1]

(c) Explainwhatwouldhappentofishproteinhydrolysisifnoalkaliwereaddedtothereactionvessel. [3]

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36EP04


2. Themicrographshowsasectionofanorganinthehumanbody.

YX

[Source: adaptedfromStaceyE.Mills(ed.),Histology for Pathologists,3rdEdition, Copyright©2007,LippincottWilliams&Wilkins.]

(a) Statefromwhichorganthesectionwastaken. [1]

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(b) Identify the layer of tissue found at X. [1]

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36EP05

– 5 –

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(c) TheactuallengthofthestructurelabelledY is 0.8 mm between the twoblacklines. Calculate the magnificationofthemicrograph. Workingshouldbeshown. [2]

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(d) Oneofthefunctionsofthisorganisabsorption. On themicrograph,drawanarrowshowingthedirectionofabsorption. [1]

36EP06

–6– N16/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

3. Thediagramshowsthedevelopmentofpotatoplants(Solanum tuberosum) over 14 weeks. Newtubersstartgrowingfromweek9.Thesearemodifiedundergroundstemsservingasastarchreserveandbearingbudsfromwhichnewplantsarise.

potato tuber

Soil level

Week 1 Week 2 Week 3 Week9 Week 11 Week 14

[Source:adaptedfromhttp://humanitiespotato.weebly.com/potato-production.html]

Scientistsplantedseveralpotatoplantsinagreenhouse.Thesucroseandamino acidsinpotato plant phloemexudatesweremeasuredduringseveralweeks.

Ratiosucrose : aminoacid

0.90.80.70.60.50.40.30.20.10.0

5 6 7 8 9 10 11 12 Time / weeks

[Source:adaptedfromA.J.Karley,A.E.Douglas,W.E.Parker,Aminoacidcompositionandnutritionalqualityofpotatoleafphloem sap for aphids. Journal of Experimental Biology2002205:3009-3018.©TheCompanyofBiologistsLimited2002.]

(a) Describebrieflyhowscientists obtained leaf phloem sap from the potato plants. [2]

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36EP07

–7–

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(b) Suggestreasonsfordifferentamountsofsucroseintheleaf phloem sap of the potato plants. [3]

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36EP08


Section B

Answer all of the questions from one of the options. Write your answers in the boxes provided.

Option A — Neurobiology and behaviour

4. Defectsintheformationofsynapsescouldbethecauseofneurologicaldisorders suchasAlzheimer’sdiseasethat affectstheabilitytothinkandrememberclearly.Itismore frequent inpeopleolderthan65yearsofage. Thegraphshowsthechangesinsynapse number over time. The diagramshowsactivity-related neural development.

Synapse number

Synapse formation

Childhood AdulthoodAdolescence

Synapse elimination

Synapse maintenance

BirthTime

Strongmentalactivity

Weak mentalactivity

Stabilizedsynapses

Prunedsynapse

Excitatoryneuron

[Source:adaptedfromDoll,C.A.andBroadie,K.(2014),Impairedactivity-dependentneuralcircuitassemblyandrefinement inautismspectrumdisordergeneticmodels.Frontiers in Cellular Neuroscience 8: 30.

doi:10.3389/fncel.2014.00030.Copyright©2014DollandBroadie.]

(Option A continues on the following page)

36EP09

–9–

Turn over


(Option A, question 4 continued)

(a) State what happens to unused neurons. [1]

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(b) Predicthowmental activitymightdelaytheonset of Alzheimer’sdisease. [2]

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(c) Autismappearsearlyinlifeandaffectshowapersoncommunicatesandrelatestoothers. Thereisevidencethatautismcouldbecausedbyasurplusofsynapses.Usingalloftheinformationprovided,suggesttwopossiblecausesofasurplusofsynapses in people with autism. [2]

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36EP10


(Option A continued)

5. D-9-tetrahydrocannabinol(THC)andcannabidiol(CBD),thetwomainpsychoactiveingredientsoftheCannabis sativa plant,havedistinctsymptomaticandbehaviouraleffects.Functional magneticresonanceimaging(f MRI) was used in healthy volunteers to examine theireffectsontheparahippocampus, an area of the brain related to emotions and on the visualcortex.Theeffectsare as shown.

Mean parahippocampus

activation

0.01

0.00

–0.01

–0.02

–0.03

left right

Meanvisualcortex activation

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

left right

THC placebo CBD

[Source:adaptedfromS.Bhattacharyyaetal.(2010),“Oppositeeffectsofdelta-9-tetrahydrocannabinolandcannabidiolonhumanbrainfunctionandpsychopathology.”Neuropsychopharmacology,35:3,pages764–774.

Copyright©2010AmericanCollegeofNeuropsychopharmacology]

(a) Outline the benefitsofusingf MRI in this experiment. [2]

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36EP11

– 11 –

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(b) CompareandcontrasttheeffectsofTHCandCBDontheareasofthebrainstudied. [3]

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(c) Statethefunctionofthevisualcortex. [1]

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36EP12



6. (a) Outline the neuralcontrolofthe processof swallowing. [3]

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(b) Describeanexampleoflearnedbehaviour. [3]

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36EP13

– 13 –

Turn over



7. (a) Thediagramshowsthehumanear. Label partsI,IIandIII. [3]

(b) Statethefunctionof the bones in the middle ear. [1]

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(c) Explaintheroleofthehaircellsinthecochlea. [3]

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Removedforcopyrightreasons

36EP14



8. General anestheticsactontheneurotransmittersinneuronsynapses.Explaintheeffectofanestheticson patients andhowtheyaffectsynaptictransmission. [6]

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End of Option A

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Option B — Biotechnology and bioinformatics

9. LipidAisaphospholipidthatmakesuptheexternal layer of the outer membranes of most Gram-negativebacteria.LpxCisanenzymeinvolvedinthebiosynthesisoflipidA. In this experiment,alawnoftheGram-negativebacteriumEscherichia coliwasgrownonanutrient agarplate.Shortlyafterinoculation,beforethelawnisformed,discscontainingdifferent test compoundswereplacedontop.ThePetridishshowstheresultsafter24 hours incubation.

1

3

2

4

Key:disc1:LpxC inhibitordisc2:mutatedLpxC inhibitordisc3:ampicillindisc4:control

[Source:©InternationalBaccalaureateOrganization2016]

(a) Outlinetheeffectofdisc3onthebacteriallawn. [2]

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(b) Outlinetheeffectofmutating the LpxC inhibitor. [1]

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(c) Predicttheresultsobtainedwithdisc1inaGram-positivebacterial lawn. [1]

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(Option B continued)

10. Cropgeneticengineeringwasperformedtoimprovedroughttoleranceintomato plants (Solanum lycopersicum)byaddingagenefromanediblefungus(Flammulina velutipes). Thecotyledonsoftomato plantswerecutandco-cultivatedwithAgrobacterium tumefaciens containingthetransgenicTiplasmid.Platescontainingkanamycinwereusedtoselectfortransgeniccotyledons. Thegraphshowsconcentrationsofthreeconstituentsofthewaxthatcoatswild type plants (control)andtransgenictomato plants.

Concentrationofwaxconstituents/ microgramsml–1

4.03.53.02.52.01.51.00.50.0

Key: control transgenic

Alkanes Alkenes Fattyacids Moleculesformingpartofwaxy surfacelayer

[Source: ReprintedbypermissionofNaturePublishingGroup.(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3517979/)ReprintedbypermissionfromMacmillanPublishersLtd:Nature,‘Expressionofafungalsteroldesaturaseimprovestomato

droughttolerance,pathogenresistanceandnutritionalquality’byAyushiKamthanet al.2,p.951.(2012).]

(a) Outline the useofkanamycinintheselectionoftransgeniccotyledons. [2]

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(b) Statehowthesequenceofthetargetgenefromthefunguscouldbeidentifiedusinga bioinformatics tool. [1]

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(Option B, question 10 continued)

(c) Suggestwhethertheresultsofthisexperimentshowthatthese transgenictomato plantsaremoreresistanttodrought. [2]

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(d) Onemethodofinsertingnewgenesintoplantsisbygenegun.

[Source:adapted from www.genomicon.com]

Outlinehowageneguninsertsgenesintoplants. [2]

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(Option B continued from page 17)

11. (a) Metabolitesthatindicatediseasecanbedetectedinurine.Stateametabolitefoundinurine and the diseaseitcouldindicate. [2]

Metabolite:

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Diseaseindicated:

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(b) Discussthe implicationsofbiopharming usingaspecificexample. [4]

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12. ThegeneticcodeistheinformationencodedwithinthemRNAsequencethatistranslatedintoproteinsbylivingcells.Thecodontableisshown.

Second positionU C A G

Firs

t pos

ition

U UUU Phe(F) UCU Ser (S) UAU Tyr (Y) UGU Cys (C) U

Third position

UUC UCC UAC UGC CUUA Leu(L) UCA UAA STOP UGA STOP AUUG UCG UAG UGG Trp (W) G

C CUU Leu(L) CCU Pro(P) CAU His(H) CGU Arg(R) UCUC CCC CAC CGC CCUA CCA CAA Gln (Q) CGA ACUG CCG CAG CGG G

A AUU Ile (I) ACU Thr (T) AAU Asn(N) AGU Ser (S) UAUC ACC AAC AGC CAUA ACA AAA Lys(K) AGA Arg(R) AAUG Met (M) ACG AAG AGG G

G GUU Val(V) GCU Ala (A) GAU Asp (D) GGU Gly (G) UGUC GCC GAC GGC CGUA GCA GAA Glu (E) GGA AGUG GCG GAG GGG G

Thefirstpartofthecytochromecproteinsequencealignmentofmoldfungus(Neurospora),horse (Equus),human(Homo),corn(Zea)andrice(Oryza)isshownusingtheaminoacidsasaonelettercode.

Neurospora – – – – MG F S A G D S K K G A N L F K T R C A Q C H T L E E G G GN K I G P A L HG L F G R K T G S V D G Y A Y T D AEquus – – – – – – – – MG D V E K G K K I F V Q K C A Q C H T V E K G G K H K T G P N L HG L F G R K T G Q A PG F S Y T D AHomo – – – – – – – – MG D V E K G K K I F I MK C S Q C H T V E K G G K H K T G P N L HG L F G R K T G Q A PG Y S Y T A AZea M A S F S E A P PGN P K A G E K I F K T K C A Q C H T V D K G A GH K Q G P N L NG L F G R Q S G T T A G Y S Y S A GOryza M A S F S E A P PGN P K A G E K I F K T K C A Q C H T V D K G A GH K Q G P N L NG L F G R Q S G T T PG Y S Y S T A

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(a) State the bioinformaticstool used to obtain thealignment. [1]

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(b) Statethemeaningofthedash(–)inthe alignment. [1]

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(c) (i) Identifythelongestaminoacidsequencewheretherearenodifferencesamongstthefivegenera. [1]

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(ii) Suggest,withareason,whethertheDNAcodingfortheaminoacidsequenceidentifiedin(c)(i)mustbeidenticalforthefivegenera. [1]

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Thealignmentwasusedtoobtainacladogramoftheseorganisms.

NeurosporaZeaOryzaEquusHomo

(d) Describebrieflyhowthecladogramwasobtained. [2]

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(e) Determinewhichtwogeneraaremostcloselyrelatedaccordingtotheircytochrome cproteinsequence. [1]

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13. Explain the formation ofbiofilms andtheproblemsassociatedwith their formation. [6]

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End of Option B

36EP23

– 23 –

Turn over


Option C — Ecology and conservation

14. Cryptococcus neoformansandthecloselyrelatedspeciesCryptococcus gattii are human fungalpathogens.Thereproductionoftheseyeastspeciesonincreasingconcentrationsofpigeondroppings(PD) wasexaminedtodeterminewhethertheyoccupythesameordifferentecologicalniches.Theresultsforreproductionare expressed as apercentagerelative to the control.

Reproductionrelativetocontrol

/ %

600

400

200

0 Control 2.5 %PD 12 %PD 25 % PD

Media type

Key: Cryptococcus neoformans Cryptococcus gattii

[Source:adaptedfromK.Nielsenetal.(2007),“Cryptococcus neoformansMatesonPigeonGuano:ImplicationsfortheRealizedEcologicalNicheandGlobalization”.Eukaryotic Cell,vol.6,pp.949–959,DOI:10.1128/EC.00097-07.

AmendedwithpermissionfromAmericanSocietyforMicrobiology]

Suggesthow this experiment shows that pigeondroppingsrepresentarealizedecologicalnicheforC. neoformansandafundamental(butnotarealized)nicheforC. gattii. [3]

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(Option C continues on the following page)

36EP24


(Option C continued)

15. Thesketchedmapshowsthedensityofmicroplasticsandmacroplasticsfoundinalake within a national park.

Key: campingsite city

microplastics macroplastics density / gkm–2

< 200 200 – 3000 > 3000

Prevailingwinddirection


(a) Predict one example ofmacroplasticpollutionthat is likely to be found in this lake. [1]

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(b) State twopossibleeffectsonorganismsofmicroplasticpollution. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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36EP25

– 25 –

Turn over


(Option C, question 15 continued)

(c) Outlinetheeffectofwindonthe distribution ofplasticpollution in this lake. [2]

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(d) Suggestchangesinthemanagementofthenational park thatcouldreducetheamountofmacroplasticpollution. [3]

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36EP26



16. ForestfiresareverycommonintheAmazonforest.Astudywasperformedtoseetherelationshipbetweenforestfragmentation,fireandmanagement.

(a) Describeonemethodthatcouldhavebeenusedtoestimatethepopulationsizeofagiventreeinaforestafterfiredamagehadoccurred. [3]

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(b) Outlinehowtheedgeeffectcanaffectdiversityinforests. [3]

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36EP27

–27–

Turn over



(c) The number of plantsintwofieldsofapproximatelythesamesizewascounted.

Type of plant Field 1 Field 2

Daisy (Bellis perennis) 307 18

Dandelion (Taraxacum officinale) 332 48

Buttercup (Ranunculus repens) 361 934

Total 1000 1000

Compareandcontrast the richness and the evenness of the twofields. [2]

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36EP28



17. (a) State twobottom-upfactorsaffectingalgalblooms. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Explain how top-downfactorscontrolalgalblooms. [3]

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36EP29

–29–

Turn over



18. Discusshowcropplantsobtainthephosphorusthattheyneedtogrowandwhetherthesupplyofphosphorustocropsissustainable. [6]

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End of Option C

36EP30


Option D — Human physiology

19. A study was undertaken todeterminethemosteffectivemethodtodelay the onset of type II diabetesinhigh-riskpatients.Threegroupsweregiveneitheraplacebo(control),amedicinethatsuppressesglucoseproductionbytheliver(anti-diabeticdrug) or a lifestyle-modification program(lifestyle).Theresultsforfouryearsareshowninthegraph.

Cumulativeincidenceof diabetes / %

40

30

20

10

0

Control

Anti-diabeticdrug

Lifestyle

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Year

[Source:adaptedfromBerry,Colin,Jean-ClaudeTardif,andMartialG.Bourassa.“CoronaryHeartDiseaseinPatientsWith

Diabetes.”Journal of the American College of Cardiology49.6(2007):631-642.Web.19Jan.2017.]

(a) Analyse the use of the anti-diabeticdrug in delayingtheonset of type II diabetes. [2]

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(b) Listfeaturesthatwouldincreaseaperson’sriskofdevelopingdiabetes. [2]

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36EP31

– 31 –

Turn over



20. Thediagramdemonstrates theactionofsteroidandpeptidehormonesinasectionofcelland adjacentcapillary.

Steroidhormone

Peptidehormone

Capillary

Nucleus

Targetcell

Plasmamembrane

Enzymeactivation

Geneactivation

cAMP

DNA

ATP


(a) Onthediagram,label a

(i) secondmessenger. [1]

(ii) generegulatoryprotein. [1]

(b) Outline onecharacteristicofsteroidhormonesthatallowsthemtoreadilydiffusethroughcellmembranes. [1]

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(c) Compareandcontrastthemechanismsofactionofpeptideandsteroidhormones. [2]

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36EP32



21. Themicrographshowsasectionthroughthehumanliver.

X

[Source:DrThomasCaceci,VirginiaTech/CarilionSchoolofMedicine.]

(a) ThecelllabelledX is only found in the liver andisassociatedwiththewallofa sinusoid.

(i) IdentifycellX. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) OutlinethefunctionofcellX. [2]

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36EP33

– 33 –

Turn over



(b) Describehowtheliverregulatesnutrientlevels. [3]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(c) Explain the importanceofbilirubinintheonsetofjaundice. [4]

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36EP34



22. Theelectrocardiogram(ECG)ofanormalpatientafterexerciseisshown.

0.2 mv

0.2seconds


(a) Using the R–R interval in this ECG,calculatetheheartbeatsperminute(bpm)ofthispatient.Showyourworking. [2]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . bpm

(b) DescribetheelectricalactivitythatoccursintheheartduringthePwave. [1]

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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(c) ExplainwhytheQRSwavehasa largeramplitudethanaPwave. [2]

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36EP35

– 35 –

Turn over



23. Explain,usinganoxygendissociationcurve,howhemoglobinsuppliesoxygentorespiringtissuesandhowtheBohrshiftincreasesthesupply. [6]

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End of Option D

36EP36





© International Baccalaureate Organization 201722 pages8817 – 6001




1 hour

Wednesday 15 November 2017 (afternoon)

N17/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX– 2 –

The image of a Paramecium refers to question 1 and question 2.

X

Y

[Source: Adapted from www.biology-resources.com. Copyright 2004–2017 D G Mackean & Ian Mackean. All rights reserved.]

1. Which function is accomplished by structures X and Y in the Paramecium?

X Y

A. digestion homeostasis

B. feeding metabolism

C. food storage movement

D. DNA replication respiration

2. The salt concentration inside the Paramecium is 1.8 %. The salt concentration in the surrounding medium suddenly drops to 0.2 %. What will be the likely response?

A. The cell will lose salt to the medium.

B. The contractile vacuole will expel more water.

C. The cell will swell and eventually burst.

D. The membrane will become more permeable to salt.


Turn over

The diagram of a membrane refers to question 3 and question 4.

A.

B.

D.

C.


3. In the diagram, which structure is an intrinsic or integral protein?

4. In the diagram, which part of the membrane structure does the molecule below form?

C C

H

H

C C C C

H H

H

CH

H

H H

H H

H

H

HH

C C C C C

H

HHH H

C

H H H

C

H H

HH

H

C

H

C C C

HHH

H H H O

O C H

H

CC C

H

H

C C C C

H H

H

CH

H

H H

H H

H

H

HH

C C C C C

HHH H

C

H H

C

H H

HH

H

C

H

C C C

HHH

H H H O

O H

CH

H

O P O

O

OH

C

H

H

C

H

H

N H

H


5. Which of the molecules contain peptide bonds or are sugar molecules?

I.

C C

H

H

C C C C

H H

H

CHO

O

H

H H

H

H

HH

C C C C C

H

H H

C

H H H

C

H H H

C

H

C C C

HHH

H H H H

H

HH

II.O

CH2OH

H H

OHH

OH

OH

H

H

HO

III.

C C

O

N C C N

H O

CH2N

H

C H H

H

CH2H

C OH

O

CH2

S

CH3

OHH

H

IV.

O

CH2OH

H H

H

OH

OH

H

H

HO O

O

CH2OH

H H

OHH

OH

OH

H

H

Contain peptide bonds

Are sugar molecules

A. I, III II

B. III II, IV

C. I, III, IV II

D. I III, IV


Turn over

6. Threeflaskswerepreparedforananalysisoftheactivityofamylase.Attimezero,eachofthesubstances indicated in the diagrams was added.

0.5 ml 1 % amylase solution added

0.5 ml distilled water added

0.5 ml 1 % boiled amylase solution added

4 % starch solution 4 % starch solution 4 % starch solution

Flask I Flask II Flask III

Whichflask(s)couldprovidesupportforthehypothesisthatheatdenaturesenzymes?

A. Flasks I and II after 15 minutes

B. Flasks II and III after 15 minutes

C. Flasks I and III after 15 minutes

D. Flask III at time zero and again after 15 minutes

7. For which discovery about DNA do Watson and Crick receive credit?

A. DNA is the molecule that genes are made of.

B. The amount of adenine equals the amount of thymine in an organism.

C. Phosphate–pentose bonding along the nucleotide backbone is covalent.

D. The shape of DNA is a double helix.


8. Which sequence of bases and amino acids could be produced by transcription and translation of the DNA molecule shown?

3' ATGAAATGCT T TCGCGGG 5'5' T ACT T T ACGAAAGCGCCC 3'

2nd base in codon

U C A G1s

t bas

e in

cod

on

UPhe Ser Tyr Cys U

3rd base in codon

Phe Ser Tyr Cys CLeu Ser STOP STOP ALeu Ser STOP Trp G

C

Leu Pro His Arg ULeu Pro His Arg CLeu Pro Gln Arg ALeu Pro Gln Arg G

A

Ile Thr Asn Ser UIle Thr Asn Ser CIle Thr Lys Arg A

Met Thr Lys Arg G

GVal Ala Asp Gly UVal Ala Asp Gly CVal Ala Glu Gly AVal Ala Glu Gly G

Sequence of bases Sequence of amino acids

A. UAC-UUU-ACG-AAA-GCG-CCC Leu-Lys-Cys-Phe-Arg-Gly

B. GGG-CGC-UUU-CGU-AAA-CAU Gly-Arg-Phe-Arg-Lys-His

C. AUC-AAA-UGC-UUU-CGC-GGG Met-Lys-Cys-Phe-Arg-Gly

D. UAC-UUU-ACG-AAA-GCG-CCC Tyr-Phe-Thr-Lys-Ala-Pro


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9. A cricket was placed in a respirometer at constant temperature for ten minutes. The soap bubble moved along the pipette.

Rubber stopper 1 ml pipette Soap bubble

Cricket

Wire mesh

Soda lime


What was measured by the movement of the soap bubble?

A. Production of carbon dioxide

B. Volume of excretory products

C. Oxygen consumption

D. Release of heat


10. The image shows a karyogram.

[Source:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Karyotype_of_sheep_(Ovis_aries).png, by M. Singh, X. Ma, E. Amoah and G. Kannan]

What information can be determined from this karyogram?

A. The sex is female.

B. The haploid number is 54.

C. Disjunction occurred during meiosis.

D. The species is not human.


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11. Whichdiagram(s)represent(s)processesusedinasexualreproduction?

I. II. III.

T t

Tt

TtTt

T t

TtTt

Tt Tt

A. I only

B. I and II only

C. II only

D. I, II and III

12. A dominant autosomal allele for lactase persistence allows humans to digest milk as adults. People who lack this allele are lactose intolerant in adulthood.

Key: lactase persistent male

lactose intolerant male

lactase persistent female

lactose intolerant female

If J and K have a child L, what is the probability that L will be lactase persistent?

A. 25 %

B. 50 %

C. 75 %

D. 100 %


13. HindIII is an endonuclease that recognizes the sequence A A G C T T, cutting between the two adenines.

5' T T A AGC T T A AG A AG A AGC T T 3'3' A A T T CG A A T T C T T C T T CG A A 5'

Into how many DNA fragments would the strand shown be cut by HindIII?

A. 2

B. 3

C. 4

D. 5

14. Inanareaofforestmeasuring100 mby100 m,samplesweretakentoestimatethenumberofsilvermaple(Acer saccharinum)treesintheforest.Thenumberoftreescountedineachoffiveareasof400 m2 was recorded.

3

5

4 5

8

Approximately how many silver maple trees are in the 10 000m2 area of forest?

A. 5

B. 25

C. 125

D. 625


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15. The diagram shows the carbon cycle.

J

CO2 in atmosphereand dissolved in water

K

Fuel

Green plantsL


Which two processes correspond to the labelled arrows?

A. K is combustion and L is catabolism.

B. J is anabolism and K is respiration.

C. J is combustion and K is respiration.

D. J is anabolism and L is catabolism.


16. An experiment was set up so that each test tube contained water at a pH of 6.3 and a pH indicator. Test tubes 1 and 2 also contained a common pond autotroph. Carbon dioxide dissolves in water and forms carbonic acid. After three days the four test tubes were found to have these results.

Test tube 1 Test tube 2 Test tube 3 Test tube 4kept in light kept in dark kept in light kept in dark

pH = 7.0 pH = 5.5 pH = 6.4 pH = 6.2

What conclusion can be drawn from test tube 1 and test tube 2?

Test tube 1 Test tube 2

A. photosynthesis has used CO2 respiration has produced CO2

B. photosynthesis has made the water more acidic

respiration has made the water less acidic

C. photosynthesis occurred but not respiration

respiration occurred but not photosynthesis

D. no conclusion can be drawn, since pH in the controls has changed


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17. Thetableshowsthenumberofdifferencesbetweenhumansandotherselectedorganismsforthe protein cytochrome c oxidase. This protein, consisting of 104 amino acids, is located in the mitochondria and functions as an enzyme during cell respiration.

Organism pairsNumber ofamino acid differences

Human – chimpanzee 0Human–fruitfly 29Human – horse 12Human – pigeon 12Human – rattlesnake 14Human – rhesus monkey 1Human–screwwormfly 27Human – snapping turtle 15Human–tunafish 21

If the data were used to draw a cladogram, which chordates would be furthest apart from humans?

A. Chimpanzeebecauseithaszerodifferences

B. Fruitflybecauseithasthemostdifferences

C. Tunafishbecauseitisthechordatewiththemostdifferences

D. Horse because it is in the same class

18. What causes variation within a population?

A. Fertilization and change in the environment

B. Fertilization and mutation

C. Mutation and evolution

D. Evolution and adaptive radiation


19. WhichoftheorganismsA–D,identifiedbythekey,representsareptile?

1. fins,gills,2-chamberheart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . fish

nofins,morethan2chambersinheart . . . . . . . . . . . . . . . go to 2

2. mucus on skin, gills and lungs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A.

no gills, breathes with lungs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . go to 3

3. dry scales, lays eggs on land or live birth . . . . . . . . . . . . . . . . . B.

constant body temperature, 4 limbs . . . . . . . . . . . . . . . . . . go to 4

4. lays eggs with hard shells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C.

hair or fur, live birth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D.

20. Dialysis membrane was set up to model digestion and absorption in the small intestine.

String

Starch, water, amylase mixture

Dialysis tubing

Water

What is a limitation of this model?

A. There can be no active transport.

B. Maltose will pass through the membrane.

C. Lipase should be present with protein.

D. The membrane is not permeable to starch.


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21. Thediagramshowsredbloodcellsandundifferentiatedtissuecells.


Diffusionofoxygenfrombloodcellstotissuecellsisrepresentedbyarrow3inthediagram.Whatmoleculesareshowndiffusingbyarrow1andarrow2?

Arrow 1 Arrow 2

A. carbon dioxide urea

B. water glucose

C. glucose carbon dioxide

D. fatty acids amino acids

22. What can protect the body from blood loss?

A. Antibodies

B. Fibrin

C. Histamines

D. Hemophilia

23. Which type of cell is specialized to facilitate gas exchange?

A. Type I pneumocytes

B. Type II pneumocytes

C. Internalintercostalmusclefibres

D. Externalintercostalmusclefibres


24. What happens when an action potential reaches motor end plates?

A. Calciumionsareabsorbedbythemusclefibres.

B. The sarcomeres relax.

C. Neurotransmitter is released.

D. Action potential is passed to the neuron.

25. The graph shows changes in an individual’s blood glucose concentration over time.

Blood glucose concentration

/ arbitrary units

3

2

1

0 Time

What hormones were secreted at J and K?

J K

A. epinephrine insulin

B. insulin glucagon

C. glucagon insulin

D. thyroxin epinephrine


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26. Some regions of DNA do not code for the production of proteins. What are these regions of DNA used as?

A. They have no known function and are recycled to provide nucleotides

B. Gene regulation and coding for production of enzymes used in translation

C. Telomeres and coding for production of tRNA

D. Introns and coding for production of structural proteins

27. Whichletter(A–D)indicateswhereanewnucleotidewouldattach?

A.

D.

C.

B.

Phosphate

AdenineDeoxyribose

28. Which cell component synthesizes actin and myosin?

A. Free ribosomes

B. Rough endoplasmic reticulum

C. Smooth endoplasmic reticulum

D. Nuclear membrane


29. Which reaction does not cause a net release of energy?

A. ADP combines with inorganic phosphate to form ATP

B. ATP releases inorganic phosphate to form ADP

C. Loss of hydrogen from reduced NAD

D. Oxidation of reduced FAD

30. Which process occurs during the light-dependent reaction of photosynthesis?

A. ATP, CO2 and H2O are produced.

B. CO2 is used to produce carbohydrates.

C. ATP and O2 are produced.

D. RuBP is phosphorylated.

31. The image shows a portion of a cell containing a mitochondrion.

P

Q

R

S

[Source: ‘TEM of a mitochondrion’ by Prof. R. Bellairs. Credit: Prof. R. Bellairs. CC BY 4.0.]

Where do glycolysis and electron transport occur?

Glycolysis Electron transport

A. P R

B. R Q

C. R R

D. S Q

Cristae


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32. Agar is a growth medium without nutrients; starch agar is agar with starch added to it. Seed coats were removed from seeds and the seeds were used to set up the following conditions. Which plant embryo was unable to grow?

A.Starch agar plate

Embryo with cotyledon

B.Starch agar plate

Embryo without cotyledon

C.Agar plate

Embryo with cotyledon

D.Agar plate

Embryo without cotyledon

33. Whichletteridentifiesphloem?

A.

B.

C.

D.

[Source: E R DEGGINGER/Getty Images]

34. Cobalt chloride paper is blue when dry but turns pink with water. Blue cobalt chloride paper was fastened to the upper and lower surfaces of a plant leaf. After 20 minutes, many small pink dots were observed on the paper on the lower surface, and a few pink dots were seen on the upper surface. What conclusions can be drawn?

I. There are more stomata on the lower surface than on the upper surface. II. Stomata on the upper surface are blocked by the waxy cuticle. III. More transpiration occurs through the lower surface than through the upper surface.

A. I and II only

B. I and III only

C. II and III only

D. I, II and III


35. Howdotheconceptsofgradualismandpunctuatedequilibriumdiffer?

A. The timing of evolution

B. The mechanism causing evolution

C. The sequence of evolutionary events

D. The reality of evolution

36. In a plant, dark leaves are dominant to pale leaves and yellow seeds are dominant to white seeds.

A heterozygous dark-leaved plant with yellow seeds was crossed with a pale-leaved plant with whiteseeds.Alargenumberofoffspringwereproduced.Theywereeitherdark-leavedwithyellow seeds or pale-leaved with white seeds in equal number.

What is the most likely cause of this pattern?

A. Crossing over has occurred.

B. The two genes are linked.

C. The traits are polygenic.

D. The genes are codominant.

37. What forms the basis of immunity after vaccination?

Production of histamines Clonal selection Production of memory cells

A. yes no no

B. yes no yes

C. no yes no

D. no yes yes


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38. Which processes require calcium?

I. Muscle contraction II. Movement of an action potential along an axon III. Production of the skeleton of hard corals

A. I and II only

B. I and III only

C. II and III only

D. I, II and III

39. What structure is indicated by the arrows?

[Source: Courtesy Roger Craig, University of Massachusetts]

A. Onemusclefibre

B. One sarcomere

C. Onemyofibril

D. One Z line


40. The diagram shows the female reproductive system.

KL


Which structures do K and L identify?

K L

A. endometrium uterine wall

B. placenta endometrium

C. amnion placenta

D. fetus uterine wall


2 pages

Markscheme

November 2017

Biology

Higher level

Paper 1


16. A 31. D 46. –

17. C 32. D 47. –

18. B 33. B 48. –

19. B 34. B 49. –

20. A 35. A 50. –

21. C 36. B 51. –

22. B 37. D 52. –

23. A 38. B 53. –

24. C 39. B 54. –

25. B 40. B 55. –

26. C 41. – 56. –

27. B 42. – 57. –

28. A 43. – 58. –

29. A 44. – 59. –

1. A

2. B

3. B

4. A

5. B

6. C

7. D

8. D

9. C

10. D

11. C

12. B

13. B

14. C

15. C 30. C 45. – 60. –






• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Section A: answer all questions.• Section B: answer two questions.• Answers must be written within the answer boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [72 marks].

2 hours 15 minutes

Wednesday 15 November 2017 (afternoon)

16EP01

N17/4/BIOLO/HP2/ENG/TZ0/XX– 2 –

Section A

Answer all questions. Answers must be written within the answer boxes provided.

1. Hypoxia is a condition in which tissues of the body are deprived of an adequate oxygen supply. A study was carried out in rats to examine the effects of continuing hypoxia on the structure of the diaphragm, and to determine whether nitric oxide is implicated in adaptation of the diaphragm to hypoxia. The diaphragm helps to supply oxygen to tissues and organs in the body by ventilating the lungs.

A group of 36 adult male rats were kept for 6 weeks in low oxygen while 36 adult male rats were kept in normal oxygen levels.

Body mass / g

Erythrocytes /% of total blood

volume

Mass ofright ventricle muscle

/ mg

1 week Control 305.7 ! 7.4 39.3 ! 1.7 154.3 ! 7.4

Hypoxia *238.3 ! 5.0 *62.6 ! 1.9 *194.8 ! 8.9

2 weeks Control 302.3 ! 5.0 39.6 ! 1.1 157.8 ! 3.4

Hypoxia *229.7 ! 4.6 *70.1 ! 1.0 *204.7 ! 11.2

3 weeks Control 325.0 ! 10.3 45.0 ! 0.7 166.8 ! 3.6

Hypoxia *255.0 ! 8.3 *71.3 ! 1.0 *238.7 ! 18.9

6 weeks Control 369.8 ! 5.9 43.0 ! 2.6 164.7 ! 3.9

Hypoxia *277.5 ! 7.9 *75.1 ! 1.4 *251.3 ! 8.0

Key: * indicates significant difference from corresponding control value (student’s t-test, p < 0.05)

[Source: Reproduced with permission of the © ERS 2011. European Respiratory Journal June 2011, 37 (6) 1474–1481; DOI: 10.1183/09031936.00079810]

(a) Outline the effect of hypoxia on body mass and erythrocyte percentage. [1]

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16EP02


Turn over


(b) The graph shows the effect of hypoxia on the endurance of rats’ diaphragm muscle after 6 weeks. Endurance is the change in force measured as a percentage of the initial force.

Endurance / %

100

80

60

40

20

0 0 1 2 3 4 5 Testing time / mins

Key: indicates significant difference from control (p < 0.0001) hypoxia control


Using the data in the graph, deduce whether hypoxia increases or decreases the endurance of the rats’ diaphragm muscle. [2]

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(c) Using the data so far presented in this question, explain the effect of hypoxia on the body. [2]

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16EP03



(d) The sodium–potassium pump plays a role in muscle activity. Nitric oxide may have a role in the recovery of hypoxic muscles. The production of nitric oxide can be blocked with an inhibitor of the enzyme nitric oxide synthase. The graph shows the concentration of sodium–potassium pumps in the diaphragm of control and hypoxic rats without and with nitric oxide synthase inhibitor.

Concentration ofsodium–potassium pumps

/ pmol g–1

500

400

300

200

100

0 Control Hypoxia Control Hypoxia Without nitric oxide With nitric oxide synthase inhibitor synthase inhibitor


(i) Analyse the graph to obtain two conclusions about the concentration of sodium–potassium pumps. [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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16EP04


Turn over


(ii) Muscle fibres are stimulated to contract by the binding of acetylcholine to receptors in their membranes and the subsequent depolarization. Suggest a reason for increasing the concentration of sodium–potassium pumps in the membranes of diaphragm muscle fibres. [1]

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(e) Skeletal muscle contractions can take two different forms: if they are stimulated by a single action potential they take the form of a twitch and if they are stimulated by a series of action potentials the contraction is longer lasting (tetanic). The table shows the effects of hypoxia on the force of twitch and peak tetanic contraction in the diaphragm.

Twitch contraction / N cm–2

Peak tetanic contraction / N cm–2

DiaphragmControl 4.0 ! 0.7 20.0 ! 2.3

Hypoxia 2.8 ! 0.4 14.2 ! 1.8


(i) Outline the effect of hypoxia on the force of contraction of the diaphragm. [1]

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(ii) Hypoxia caused a 13 % increase in the surface area to volume ratio of the diaphragm. Suggest a reason for this change. [1]

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16EP05



(f) Using all relevant data in the question, evaluate the effectiveness of the rats’ adaptation to hypoxia. [3]

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(g) Discuss the advantages and disadvantages of using rats as models in this investigation. [2]

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16EP06


Turn over

2. The figure shows a transmission electron micrograph of rotavirus particles. Each rotavirus is about 70 nanometres in diameter.

[Source: CDC / Dr. Erskine L. Palmer]

(a) State a reason for using an electron microscope to view this virus rather than a light microscope. [1]

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(b) Rotavirus causes diarrhea and vomiting. Explain why viral diseases cannot be treated using antibiotics. [2]

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(c) State the role of plasma cells in the immune system. [1]

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16EP07



(d) (i) Describe the production of hybridoma cells. [2]

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(ii) State one possible use of hybridoma cells. [1]

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16EP08


Turn over

3. The figure represents a water molecule.

(a) Draw a second water molecule to show how bonds can form between water molecules, including the name of the bond. [2]

(b) Water has important solvent properties. Explain these properties using an example to illustrate your answer. [3]

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(c) Describe the role of ADH in human osmoregulation. [3]

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16EP09


4. The diagram shows a leaf from Dryopteris arguta.

[https://commons.wikimedia.org/wiki/File:E20161208-0001%E2%80%94Dryopteris_arguta_(Reverse)%E2%80%94RPBG_(30698925004).jpg, E20161208-0001—Dryopteris arguta (Reverse)—RPBG

Source: https://www.flickr.com/photos/john_d_rusk/30698925004/ Author: John Rusk from Berkeley, CA, United States of America, licensed under Creative Commons licence:

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/legalcode]

(a) (i) State the phylum of this plant. [1]

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(ii) State two characteristics of plants from the phylum you stated in (a)(i). [2]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Describe the process of photolysis in photosynthesis. [3]

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16EP10


Turn over

5. (a) Describe the process of crossing over. [2]

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(b) Explain the reason for linked genes not following the pattern of inheritance discovered by Mendel. [2]

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16EP11


Section B

Answer two questions. Up to one additional mark is available for the construction of your answers for each question. Answers must be written within the answer boxes provided.

6. Cell biologists play an important role in research into disease, fertility, evolution and many other areas of science.

(a) Describe the origin of eukaryotic cells according to the endosymbiotic theory. [4]

(b) Compare and contrast the processes of spermatogenesis and oogenesis. [8]

(c) Outline the evidence for evolution provided by selective breeding. [3]

7. Nitrogen is part of many important substances in living organisms.

(a) Draw labelled diagrams to show a condensation reaction between two amino acids. [3]

(b) Distinguish between transcription and translation. [4]

(c) Explain how insects excrete nitrogenous wastes. [8]

8. Plants have widespread influences, from food chains to climate change.

(a) Draw a labelled diagram of the internal structure of a seed. [3]

(b) Explain the process of water uptake and transport by plants. [8]

(c) Describe the process of peat formation. [4]

16EP12


Turn over

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16EP16

36EP01






• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Answers must be written within the answer boxes provided.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [45 marks].

Section A QuestionsAnswer all questions. 1 – 3

Section B QuestionsAnswer all of the questions from one of the options.

Option A — Neurobiology and behaviour 4 – 8

Option B — Biotechnology and bioinformatics 9 – 13

Option C — Ecology and conservation 14 – 18

Option D — Human physiology 19 – 23

1 hour 15 minutes


36EP02


Section A

Answer all questions. Answers must be written within the answer boxes provided.

1. R f values for photosynthetic pigments may be determined using the technique of thin-layer chromatography (TLC).

TLC plate

Origin

Solvent

(a) Outline what happens when spinach extract is spotted on a TLC plate and placed into a container of solvent. [2]

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(b) Explain what the R f values represent in chromatography. [3]

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36EP03


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(c) State two photosynthetic pigments that could be identified using chromatography. [1]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Concerns have been raised about the effect of rising pollution levels on sperm production in men. To investigate the possible effects of pollution on spermatogenesis, sperm samples from men of similar ages were collected in Kolkata in the 1980s and 2000s. The box plot represents the mean and range of sperm counts in the 1980s and 2000s.

Sperm count / ×106 ml–1

250

200

150

100

50

0 1980s 2000s Years

[Source: Republished with permission of Elsevier Science and Technology Journals, from ‘Semen quality and age-specific changes: A study between two decades on 3729 male partners

of couples with normal sperm count and attending an andrology laboratory for infertility-related problems in an Indian city’, Dyutiman Mukhopadhyay, Alex C. Varghese, Manisha Pal, Sudip K. Banerjee, Asok K. Bhattacharyya, Rakesh K. Sharma, and

Ashok Agarwal, Fertility and Sterility, 93 (7), 2009; permission conveyed through Copyright Clearance Center, Inc]

(a) A hypothesis has been suggested that pollution may have a negative effect on spermatogenesis. Evaluate whether the data support this hypothesis. [3]

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(b) The light micrograph shows a cross section of seminiferous tubules.

Z

[Source: Micrograph of a seminiferous tubule with sperm by Nephron (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seminiferous_tubule_and_sperm_low_mag.jpg)]

(i) Calculate the actual size of the seminiferous tubule in the area indicated by the line across it, giving the units. [1]

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(ii) Identify the type of cell labelled Z. [1]

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x 400

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3. (a) The Hershey and Chase experiment supported DNA as the hereditary material. Describe the experiment. [3]

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(b) Some regions of DNA act as telomeres or produce tRNA. State one other function of DNA sequences that do not code for protein. [1]

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Section BAnswer all of the questions from one of the options. Answers must be written within the answer boxes provided.

Option A — Neurobiology and behaviour

4. The graph shows the correlation between the cerebral cortex mass and the number of neurons in the cerebral cortex of three groups of mammals (rodents, primates and insectivores). Each point indicates the mean number from different research studies for the species.

Cerebral cortex neurons as percentage of

total brain neurons/ %

45

40

35

30

25

20

15

10

Key: rodents primates insectivores

40 50 60 70 80 90Cerebral cortex mass as percentage of

total brain mass / %

[Source: S Herculano-Houzel (2009) Frontiers in Human Neuroscience, 3, p 31, Frontiers Research Foundation http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/neuro.09.031.2009/full]

(a) (i) State which group has the lowest percentage of cerebral cortex mass. [1]

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(ii) Suggest advantages of the cerebral cortex containing a high percentage of the brain’s neurons. [2]

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(b) Suggest a role for the cerebral cortex in rodents such as rats and mice. [1]

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(c) Explain how the cerebral cortex in humans differs from other mammals. [3]

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5. (a) The diagram shows part of a retina.

X

[Source: C. J. Clegg, Introduction to Advanced Biology, 2000, p. 285. Reproduced by permission of Hodder Education.]

(i) Identify the cell labelled X. [1]

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(ii) Draw an arrow to show the direction of light through the retina. [1]


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(b) A cataract is a clouding of the lens in the eye, resulting in blurred vision.

[Source: Cataract in Human Eye, Rakesh Ahuja, MD (https://en.wikipedia.org/wiki/Cataract#/media/File:Cataract_in_human_eye.png)]

Explain the use of a local anesthetic during surgery to remove the cataract. [2]

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(c) Describe red-green colour blindness. [2]

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6. Noise from ships has the capacity to disrupt the foraging behaviour of shore crabs (Carcinus maenas). In this study, C. maenas were collected from Newquay Harbour in the UK and held for a maximum of 48 hours in salt-water tanks located at a neighbouring aquarium. The graph shows the effect of simulated ship noise on the time spent foraging for food by C. maenas.

Number of C. maenas

22201816141210

86420

Key: foraging not disrupted foraging disrupted

No simulated Simulated ship noise ship noise

[Source: Republished with permission of Elsevier Science and Technology Journals, from ‘Noise negatively affects foraging and antipredator behaviour in shore crabs’,

Matthew A. Wale, Stephen D. Simpson, Andrew N. Radford, Animal Behaviour 86, 2013; permission conveyed through Copyright Clearance Center, Inc]

(a) State the effect of simulated ship noise on foraging behaviour. [1]

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(b) Predict the consequences on C. maenas of increasing noise related to human activity. [3]

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7. The diagrams illustrate changes in synapse density of the cerebral cortex from newborn to adult.

Newborn 1 month 9 months 2 years Adult

[Source: THE POSTNATAL DEVELOPMENT OF THE HUMAN CEREBRAL CORTEX, VOLUMES IVIII, by Jesse LeRoy Conel, Cambridge, Mass.: Harvard University Press,

Copyright © 1939, 1941, 1947, 1951, 1955, 1959, 1963, 1967 by the President and Fellows of Harvard College.

Copyright © renewed 1967, 1969, 1975, 1979, 1983, 1987, 1991]

(a) Explain the processes illustrated by the diagrams. [4]

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(b) Outline how the human brain can reorganize itself following a stroke. [1]

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(c) State the area of the human brain that may have been damaged when the following symptoms are present.

(i) A lack of muscle control on the left side of the body [1]

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(ii) Difficulty in swallowing [1]

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8. Outline innate and learned behaviour. [6]

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End of Option A

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Option B — Biotechnology and bioinformatics

9. Transgenic rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were produced from both wild strain and domestic strain trout, using a gene coding for growth hormone from coho salmon (Oncorhynchus kisutch). The graph shows the mean mass of the nontransgenic and transgenic trout at 8 months post-fertilization.

Mean mass/ g

4540353025201510

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Wild strain Domestic strain Wild strain Domestic strain Nontransgenic Transgenic Type of trout

[Source: Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature, 409, Growth of domesticated transgenic fish, R H Devlin et al., pp. 781–782, copyright 2001]

(a) Analyse the data for the growth of nontransgenic trout and transgenic trout. [2]

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(b) Suggest a reason for the growth differences between the nontransgenic trout and transgenic trout. [1]

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(c) Describe the use of marker genes in the development of transgenic organisms such as trout. [2]

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(d) Outline the possible environmental impact associated with the accidental release of transgenic trout. [2]

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10. The table shows a comparison of DNA base sequences in several yeast (Saccharomyces) genomes.

SpeciesNumber of

DNA base sequences

Percentage of coding

sequencesS. paradoxus 728 88

S. cariacanus 867 88

S. mikatae 1136 84

S. bayanus 851 80

S. castellii 2290 70

S. kluyveri 2145 70

S. unisporus 2357 69

[Source: P. F. Cliften et al. (2001) ‘Surveying Saccharomyces Genomes to Identify Functional Elements by Comparative DNA Sequence Analysis’, Genome Research, 11, pp. 1175–1186.

© Cold Spring Harbor Laboratory Press. Reproduced with permission.]

(a) Identify the species that has the lowest percentage of coding sequences. [1]

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(b) State how similar nucleotide sequences can be identified. [1]

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(c) The yeast Saccharomyces cerevisiae was the first eukaryotic organism to have its entire genome sequenced. Suggest reasons for the choice of yeast as a study organism. [3]

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(d) Outline possible medical applications of the polymerase chain reaction (PCR). [1]

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11. The scanning electron micrograph shows a biofilm on a metal surface from an industrial water system.

[Source: Biofilms: Survival Mechanisms of Clinically Relevant Microorganisms, Rodney M. Donlan, J. William Costerton, Clinical Microbiology Reviews, 2002, 15 (2), pp. 167–193.

Reproduced with permission from American Society for Microbiology]

(a) Outline the emergent properties of biofilms. [3]

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(b) State a positive application of biofilms. [1]

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(c) Suggest two problems that could be caused by the presence of biofilms in water systems. [2]

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12. (a) Beans contribute to flatulence. Alpha-galactosidase, derived from the fungus Aspergillus niger, is an enzyme that breaks down the fibre usually fermented by bacteria, reducing intestinal gas. Describe how alpha-galactosidase would be produced using A. niger in a continuous fermenter. [3]

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(b) Temperature is a variable that needs to be continually monitored in deep-tank batch fermentation of penicillin. List two other variables that need to be monitored. [2]

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(Option B continues on page 23)

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(Option B continued from page 21)

13. Discuss biopharming. [6]

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Option C — Ecology and conservation

14. To assess the impact of introduced cats (Felis silvestris) that prey on native species, a study was carried out on 120 islands around the world. The graph shows the impact of F. silvestris on reptiles, birds and mammals.

Species / %

18

15

12

9

6

3

0

Key: Extinct Endangered

Reptiles Birds Mammals

[Source: A global review of the impacts of invasive cats on island endangered vertebrates, F. M. Medina et al. (2011) Global Change Biology, 17, pp. 3503–3510.

Reproduced with permission from John Wiley and Sons.]

(a) (i) Identify how the pattern in mammals is different from reptiles and birds. [1]

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(ii) Describe how invasive species such as F. silvestris can have a significant impact on native species. [2]

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(iii) Suggest a method to limit the impact of F. silvestris on native species. [1]

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(b) The ‘Ua‘u petrel (Pterodroma sandwichensis) is considered to be an indicator species in the Hawaiian Islands.

[Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oestrelata_phaeopygia_ AvesHawaiienses00Wils_0382.jpg]

(i) State the role of an indicator species. [1]

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(ii) Identify possible approaches to maintain the population of P. sandwichensis. [2]

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N 17 /4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0 /XX– 26 –


15. Wild turkeys (Meleagris gallopavo) once inhabited most forested areas of North America. As an important food source for early European settlers, the population of M. gallopavo seriously decreased. Due to recent conservation eff orts, population numbers are increasing.

[Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A_wild_turkey_in_Middleboro,_Massachusetts.jpg]

The curve shows a population of M. gallopavo from 2000 to 2015 in Ohio in the mid-western USA.

Population of M. gallopavo



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(a) (i) State the range of years when exponential growth of the M. gallopavo population occurred. [1]

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(ii) Suggest factors that could account for the growth curve of the M. gallopavo population. [2]

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(b) State how the population of M. gallopavo may have been determined. [1]

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(c) Hunting of M. gallopavo is currently regulated. Predict what would happen if the hunting regulations were removed. [2]

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16. The graph shows the variation in the annual temperature and precipitation in different ecosystems.

(a) Identify the ecosystem labelled X. [1]

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(b) Compare and contrast the exchange of energy with nutrient cycling in ecosystems. [3]

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(c) Outline three issues arising from the release of pollutants into the environment. [3]

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17. (a) (i) Define fundamental niche. [1]

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(ii) Outline a reason for organisms seldom occupying their entire fundamental niche. [1]

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(b) Describe the relationship between Zooxanthellae and reef-building coral species. [2]

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18. Discuss the causes and consequences of eutrophication. [6]

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Option D — Human physiology

19. The graph shows the relationship between gastrointestinal (GI) damage and gastric acidity in 37 healthy human volunteers.

Increasing probability of GI damage

Increasing gastric acidity

[Source: Republished with permission of Elsevier Science and Technology Journals, from ‘Integrated gastric acidity can predict the prevention of naproxen-induced gastroduodenal pathology in normal subjects’,

John Plachetka, Gaetano Morelli, Carolyn Hines, Julie Borland, Alison Lyke, Diane Littlefield, Jerry D. GardnerGastroenterology, Vol. 124, Issue 4, 2003; permission conveyed through Copyright Clearance Center, Inc.]

(a) State the relationship of gastric acidity and GI damage. [1]

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(b) GI damage can include ulcers. Outline the treatment of stomach ulcers. [3]

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(c) Other than gastric acidity, state a primary cause of stomach ulcers. [1]

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20. (a) (i) Thyroxin is a hormone produced in the thyroid gland. State one function of thyroxin. [1]

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(ii) The action of thyroxin is similar to steroid hormones. Describe the action of steroid hormones. [3]

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(b) The World Health Organization recommends that the iodine intake should be supplemented in pregnant women due to their increased requirements. Outline the need for iodine supplementation. [2]

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21. (a) (i) Jaundice causes a yellow discolouration of the skin, mucous membranes and sclera of the eyes. State the bile pigment causing this discolouration. [1]

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(ii) Explain how the normal production of bile pigments changes with the development of jaundice. [4]

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(b) Distinguish between the structure of liver sinusoids and capillaries. [2]

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Turn over


22. The micrograph shows a section of cardiac muscle.

X

[Source: Musculocardiaco by Goyitrina (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Musculocardiaco.jpg)]

(a) Identify the structure labelled X. [1]

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(b) Describe the unique properties of cardiac muscle cells. [4]

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(c) State an early invention that led to improved knowledge of the heart. [1]

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23. Discuss high altitude training for athletes. [6]

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End of Option D

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Biology Higher level Paper 1 - SmileTutor...2 N15/4/BIOLO/HPM/ENG/TZ0/XX 1....

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