Biology HigHer level PaPer 3 - IB-BioII2210-6009 21 pages M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ1/XX+ Tuesday 18 May...

2210-6009 21 pages

M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ1/XX+

Tuesday 18 May 2010 (morning)

BiologyHigHer levelPaPer 3

INSTRUCTIONS TO CANDIDATES

• 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 in the spaces provided. You may

continue your answers on answer sheets. Write your session number on each answer sheet, and attach them to this examination paper and your cover sheet using the tag provided.

• At the end of the examination, indicate the letters of the Options answered in the candidate box on your cover sheet and indicate the number of answer sheets used in the appropriate box on your cover sheet.

1 hour 15 minutes

Candidate session number

0 0

© International Baccalaureate Organization 2010

2 2 1 0 6 0 0 9

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Option D — Evolution

D1. Drosophila subobscura(showninphotographbelow)isaspeciesoffruitflynativetoEurope.ThesampleontheleftisfromSpain,latitude39,andtheoneontherightisfromDenmark,latitude 56. The species was introduced into both South America and North Americaapproximately 20 years ago. The graph below shows the wing size in arbitrary units ofD. subobscuraatdifferentlatitudesinthethreelocations.

Key:

EuropeNorthAmericaSouthAmerica

Wingsize/arbitraryunits

30

20

10

0

30 35 40 45 50 55 60[PhotographbyGWGilchrist] Latitude(NorS)

[Source:GWGilchrist,et al.,“Atimeseriesofevolutioninaction:alatitudinalclineinwingsizeinSouthAmericanDrosophilasubobscura”(2004),Evolution,58 (4),pages768–780.Usedwiththepermissionof

Wiley-Blackwell.]

(a) Identify the relationship between wing size and latitude shown by D. subobscura inEurope.

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(This question continues on the following page)

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(Question D1 continued)

(b) (i) ComparethedataforwingsizeofD. subobscurainNorthandSouthAmericawithwingsizeinEurope.

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(ii) Suggestonereasonforthedifferences.

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(c) Predict,withareason,whatmighthappentoD. subobscurainthefutureasaresultofitsintroductiontonewareas.

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D2. (a) Outline the properties of RNA that may have allowed it to play a role in theoriginoflife.

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(b) OutlinetheevidenceprovidedbyDNAforthecommonancestryoflivingorganisms.

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(Question D2 continued)

(c) ThecladogrambelowshowstheclassificationofspeciesAtoD.DeducehowsimilarspeciesAistospeciesB,CandD.

AB

CD

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(d) Suggesttworeasonsforusingcladogramsfortheclassificationoforganisms.

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D3. Discuss,usingexamples,theimportanceofculturalandgeneticfactorsinhumanevolution.

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Option E — Neurobiology and behaviour

E1. Desertants(Cataglyphis fortis)useodour tohelpfindtheirfood. Whenaconstantwindisblowing, the antsdonot approach fooddirectly. Instead, theywalkdownwindof the foodsourceandthen,whentheydetecttheodourofthefood,theyfollowtheodourtrailupwinduntiltheyreachthefood,asshowninthefigurebelow.

Nest Dow

nwind

approach

Nest-feederdistance

[HaraldWolfandRudigerWehner,“DesertAntsCompensateforNavigationUncertainty”,Journal of Experimental Biology,208(22),Nov.2005,pages4223-4230:Figures1and4.Adaptedwithpermission]

Toinvestigatethisbehaviourpattern,feederswereestablishedatdistancesof5mto60mawayfrom thenest. Each feeder consistedof aPetridishfilledwithbiscuit crumbs. Thegraphbelowshowsthedistributionofdownwindapproachdistancesforeachdifferentnest-feederdistance.

Frequency/%

60504030201000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Downwindapproachdistance/m

[HaraldWolfandRudigerWehner,“DesertAntsCompensateforNavigationUncertainty”,Journal of Experimental Biology,208(22),Nov.2005,pages4223-4230:Figures1and4.Adaptedwithpermission]


5m

10m20m

50m60m

Winddirection

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(Question E1 continued)

(a) Outline the relationshipbetween thedownwindapproachdistanceand thenest-feederdistance.

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(b) Compare the results observedwhen the feederswere located at 5mwith the feedersat60m.

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(c) Suggestonepossiblesourceofuncertaintiesorerrorsintheseexperiments.

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(d) Deduce, with a reason, what type of behaviour pattern is shown by the ants in theexperiment.

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E2. (a) Thediagrambelow represents thehumaneye. State thenamesof structures I, II, IIIandIV. [2]

IV.

I.

II.

III.

I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Outlinecontralateralprocessingofvisualstimuli.

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(Question E2 continued)

(c) Cocaineisconsideredanexcitatorydrug.Stateoneotherexampleofanexcitatorydrugandoneexampleofaninhibitorydrug.

Excitatorydrug:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Inhibitorydrug: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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E3. Discusstheconceptofbraindeathandhowitcanbediagnosed.

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Option F — Microbes and biotechnology

F1. Releaseofsewageinmarinewatersisacommonpracticebutitcancausewatercontaminationwithpathogens.Aseriesofexperimentswereconductedtocompareinactivationratesoftwodifferentgroupsofmicrobeswithdifferentsunlightexposures.Onegroupwerefecalcoliformbacteriaand theotherwerecoliphageviruses. Experimentswereconductedoutdoorsusing300-litremixturesofsewage-seawaterinopen-toptanks.

Atwo-dayexperimentwascarriedoutwithuntreatedsewageaddedtoseawater. Bothdayswere sunny with no clouds. The figure below shows the inactivation of the microbes inseawaterasafunctionofthecumulativeamountofsunlightandtime.Thesurvivalcurvesofthetwomicrobesareplottedagainstsunlightexposure(lowerxaxis)duringdaylightperiodsandagainsttimeduringtheovernightperiod(upperxaxis).Theyaxisgivescountsofbacteriaandvirusesper100ml.

GRAPH REMOVED DUE TO COPYRIGHT REASONS.


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(Question F1 continued)

(a) Identifythetimeatwhichfecalcoliformbacteriacountsfellbelow1unitper100ml.

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(b) Deduce,usingthedatainthegraph,theeffectofsunlighton

(i) fecalcoliformbacteria.

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(ii) coliphageviruses.

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[2]

(c) Foranaccidentalsewagespill,suggest,givingareason,whichofthetwomicrobesmaybemostusefulasafecalindicatortwodaysafterthespill.

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(d) Thereleaseofrawsewageinaquaticenvironmentsmaycauseseveralconsequencessuchasthecontaminationofdrinkingwater.Stateanotherpossibleconsequence.

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F2. (a) (i) Definechemoheterotroph.

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(ii) Stateoneexampleofabacterialchemoheterotroph.

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(b) Manybacteriaproducetoxins.Distinguishbetweenendotoxins and exotoxins. [2]

Endotoxins Exotoxins

(c) Outline,usinganexample,themechanismofactionofantibiotics.

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Turn over


F3. Discussmethodsusedingenetherapy,includingtherisksinvolved.

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Option G — Ecology and conservation

G1. Theelementarsenic(As)isnotneededforplantgrowthanddevelopment.TheaccumulationofarsenicintheChinesebrakefern(Pteris vittata) wasstudied.Youngfernswithfiveorsixleavesweretransplantedtosoilcontaminatedwitharsenicandweregrownfor20weeksinagreenhouse.

ThegraphbelowshowsthearsenicconcentrationsinleavesandrootsoftheChinesebrakefernduringthe20weeksaftertransplanting.ArsenicconcentrationisexpressedasmgAskg−1dryweightofplant.

Arsenicconcentration/m

gAsk

g–1

dryweightofplant

7500

6000

4500

3000

1500

0

0 5 10 15 20 25Weeksaftertransplanting

Key: Root Leaves

[CTu,et al.,“ArsenicAccumulationintheHyperaccumulatorChineseBrakeanditsUtilizationPotentialforPhytoremediation”(2002)JournalofEnvironmentalQuality,31(5),pages1671–1675:Figure2(adapted).Reprintedwithpermission.]

(a) Using the data in the graph, describe the accumulation of arsenic in the Chinesebrakefern.

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Turn over


(Question G1 continued)

The tablebelowshows the total amountof arsenicaccumulatedby theChinesebrake fern,expressedasaconcentrationintheplanttissueandasapercentageofthearsenicoriginallyinthesoil.

Time / weeks Arsenic concentration in fern / mg As kg–1

Percentage of original soil arsenic absorbed by fern

0 2 0.002 66 0.054 221 0.156 408 0.288 1300 0.88

12 5390 3.6816 13800 9.4320 37900 25.90

[CTu,et al.,“ArsenicAccumulationintheHyperaccumulatorChineseBrakeanditsUtilizationPotentialforPhytoremediation”(2002)JournalofEnvironmentalQuality,31(5),pages1671–1675:Figure2(adapted).Reprintedwithpermission.]

(b) (i) Assumingthemeanrateofarsenicaccumulationoverthefirst20weekscontinued,calculatehowlongitwouldtaketoremoveallthearsenicfromthesoil.

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(ii) Using thedata in the table,discuss thepotentialofusingChinesebrake fern toremovearsenicfromcontaminatedsoil.

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[2]

(c) Suggestonepossibleconsequenceofarsenicaccumulationinplantsforotherorganismsinthecommunity.

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G2. Thefollowingfigurerepresentsaterrestrialfoodweb.

Snake Hawk

Toad

Grasshopper

Spider

Praying Mantis

Sparrow

Grass

Rabbit

Mouse

(a) Identifythetrophiclevelofthetoad.

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(b) Outline a method that could be used to estimate the population of rabbits in thisenvironment.

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Turn over


(Question G2 continued)

(c) TheSimpsondiversityindexisusedtocalculatethespeciesrichnessinanecosystem.

N (N–1)D=_______________

n(n–1)

DefinethetermsNandnintheformulaabove.

N =. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

n = . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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G3. Evaluatetheuseofindicatorspeciesinmonitoringenvironmentalchanges.

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Option H — Further human physiology

H1. The human body suffers significant physiological changes at extreme altitudes. ExtensivescientificinformationhasbeenobtainedfrommedicalresearchexpeditionstoMountEverest(8848m above sea level). The figure below shows the relationship between the partialpressuresofoxygen(Po2)andcarbondioxide(Pco2)inthealveoliasaltitudeincreasesfromsea level (at topright) to thesummitofMt.Everest (atbottomleft).

AlveolarP

co2/m

mHg

40

30

20

10

020 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

AlveolarPo2/mmHg

[Source:J.B.West,IntegrativeandComparativeBiology,46(1),pp.25–34,(2006),“Humanresponsestoextremealtitudes”bypermissionoftheSocietyforIntegrativeandComparativeBiology]

(a) Outline the changes in the partial pressures of carbondioxide and oxygen as altitudeincreases.

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Sealevel

Mt.Everest

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Turn over


(Question H1 continued)

ThetablebelowshowsthedatafromthefieldstudyonthealveolargasandarterialbloodvaluesforaclimberatsealevelandonthesummitofMt.Everest.

Altitude /meters

Inspired Pco2/ mm Hg

Arterial Pco2/ mm Hg Arterial pH

Sea level (0) 2.50 40.0 7.40

Summit (8848) 0.83 7.5 >7.70

[Source:JBWest,Integrative and Comparative Biology,46(1),pages25–34,(2006),“Humanresponsestoextremealtitudes”bypermissionoftheSocietyforIntegrativeandComparativeBiology]

(b) Predict,withareason,howtheventilationratewillchangeasaclimberascendsfromsealeveltothesummitofMt.Everest.

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[2]

(c) (i) Calculatethepercentagechangeinthearterialpartialpressureofcarbondioxide(Pco2)atthesummitcomparedwiththatatsealevel.

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[1]

(ii) Suggest a reason for the low arterial partial pressure of carbon dioxide atthesummit.

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(d) Stateoneadaptationofpeoplewholivepermanentlyinhighaltitudeareas.

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[1]

1 9 2 1

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H2. (a) (i) Definehormones.

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(ii) Stateonetypeofhormone,givinganexample.

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(b) Comparegastricjuiceandpancreaticjuice.

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(c) Outlinethereasonforone named substancefoundinfoodnotbeingdigestedandabsorbedbyhumans.

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2210-6009


H3. ExplaintheroleoftheSA(sinoatrial)nodeinthecardiaccycle.

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Biology HigHer level PaPer 3 - IB-BioII2210-6009 21 pages M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ1/XX+ Tuesday 18 May...

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