Biology Candidate session number STANDARD ... - IB Documents PAST PAPERS... · (ii) Hurdling is a...
Transcript of Biology Candidate session number STANDARD ... - IB Documents PAST PAPERS... · (ii) Hurdling is a...
31 pages
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
Friday 18 May 2012 (morning)
BiologySTANDARD 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.• Write your answers in the boxes provided.• A calculator is required for this paper. • The maximum mark for this examination paper is [36 marks].
1 hour
© International Baccalaureate Organization 2012
Candidate session number
0 0
Examination code
2 2 1 2 – 6 0 1 2
22126012
0132
–2– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
Option A — Human nutrition and health
A1. Iron,folicacidandvitaminB12(cyanocobalamin)areimportantcomponentsofahealthydiet.Thesenutrientsarenecessaryfortheproductionoftheredbloodcellsinthebodythattransportoxygentothetissues.Deficiencyofanyofthesenutrientscanleadtoanemia,aconditionthatcausesweakness,tirednessandshortnessofbreath.
In a study of the Piaroa, a population living in a remote area of Venezuela, investigatorsdiscovered very high levels of anemia, especially amongst young children and females ofchildbearingage. The tablebelowshows the incidenceofanemiaanddeficienciesof iron,folicacidandvitaminB12inthispopulation,asapercentage.
Sex and age / years Anemia / % Iron deficiency / % Folic acid deficiency / %
Vitamin B12 deficiency / %
Female
1–3 100 56 75 04–10 100 31 50 1011–20 90 55 90 2021–40 94 41 80 541+ 80 33 38 0Mean 93 43 67 7
Male1–3 100 50 75 254–10 91 36 50 011–20 83 25 88 2221–40 65 26 100 941+ 90 18 57 33Mean 86 31 74 18
Overall mean 90 37 70 12
[Source:adaptedfromMGarcía-Casal,et al.,(2009),Archivos Latinoamericanos de Nutrición,www.alanrevista.org]
(This question continues on the following page)
0232
–3–
Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question A1 continued)
(a) Identifythenutrientthatisleastlikelytobedeficientina45-year-oldmaleinthePiaroapopulation. [1]
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(b) IdentifytheageandsexofthegroupthatsuffersfromtheleastamountofanemiainthePiaroapopulation. [1]
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(c) Compare the data for the three nutrients in 11–20-year-old femaleswith the data for11–20-year-oldmales. [2]
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(d) Thedatainthetableindicatesdifferencesintheincidenceofanemiabetweenmalesandfemales.Suggestpossiblecausesofthesedifferences. [2]
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A2. (a) Outlinetheimportanceoffibreasacomponentofabalanceddiet. [3]
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(b) Distinguishbetweenmineralsandvitamins. [1]
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(c) Explainhowdietcanreducetheconsequencesofphenylketonuria(PKU). [3]
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0432
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A3. (a) Distinguish between the composition of human milk and artificial milk used forbottle-feedingbabies. [2]
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(b) Explainthebenefitsofbreastfeeding. [3]
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Option B — Physiology of exercise
B1. In a study of athletes in Brazil, doctors examined the relationship between the type ofinjuriessustainedbytheathletesandthetypeofactivityinwhichtheywerecompeting.Thepercentagesofinjuriestomuscles,jointsandtendonswerecomparedacrossarangeofsportingactivities.
Percentageoftotalinjuries/%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Key:
Other
Tendons
Joints
Muscles
Hurdling Jumping Sprinting Throwing
Typeofactivity
[Source:adaptedfromCPastre,et al.,(2005),Rev Bras Med Esporte,11 (1),pages48–52]
(a) Statethepercentageofjointinjuriesinthrowers. [1]
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(Question B1 continued)
(b) (i) Comparethetypesofinjuriessustainedbysprintersandhurdlers. [2]
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(ii) Hurdling is a sport that involves both sprinting and jumping. Using the data,suggestwithareason,whichofthesetwoactivitiescontributesmostoftheinjuriessustainedbyhurdlers. [1]
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(c) Discusstheimportanceofwarm-uproutinesinpreventinginjuries. [2]
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B2. (a) Comparethemovementsofthehipjointandthekneejoint. [2]
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(b) Comparethedistributionofbloodflowinthehumanbodyatrestandduringexercise. [2]
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(c) Evaluatetheuseoferythropoietin(EPO)toimproveperformanceinsports. [2]
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M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
B3. (a) Drawalabelleddiagramtoshowthestructureofasarcomere. [3]
(b) Describehowskeletalmusclecontracts. [3]
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–10– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
Option C — Cells and energy
C1. Inalong-termexperimentinHarvardForest,MassachusettsinnortheasternUSA,nitrogenwasaddedtothesoilintwodifferentareasoftheforestcontainingeitherhardwoodorsoftwoodtreesandtheeffectsonreleaseofCO2fromthesoilweremeasured.
Hardwood Softwood area area
ReleaseofC
O2fromso
il/m
gCO
2m–2hr
–1
300
250
200
150
100
50
0 0 50 150 0 50 150
Nitrogenadditiontreatment/kgha–1yr–1
[Source:adaptedfromIJFernandez,Plant,Soil,andEnvironmentalSciences,www.climatechange.umaine.edu]
(a) EstimatethedifferencebetweenthelowestandhighestratesofreleaseofCO2fromthesoilinthehardwoodarea,givingtheunits. [1]
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–11–
Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question C1 continued)
(b) Suggestone process occurring in tree roots that could cause the releaseofCO2 fromthesoil. [1]
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(c) (i) Describe the relationship between rates of nitrogen addition and release ofCO2fromsoilinthehardwoodarea. [2]
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(ii) Suggestareasonforthisrelationship. [1]
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(d) ComparetheeffectsofthenitrogenadditiontreatmentsonthehardwoodandsoftwoodareasoftheHarvardForest. [2]
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–12– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
C2. (a) Distinguishbetweenoxidationandreduction. [2]
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(b) Outlinetheprocessofglycolysis. [3]
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(c) Usinglightasanexample,explaintheconceptoflimitingfactorsinphotosynthesis. [3]
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1232
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M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
C3. Explainthesignificanceofpolarandnon-polaraminoacidsinproteins. [3]
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1332
–14– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
Option D — Evolution
D1. Astudyof thechangingfrequenciesof themelanic(dark)andnon-melanic(light) formsofthreemothspeciesBiston betularia,Odontoptera bidentataandApameacrenatawascarriedoutinthenorthofEngland.Mothswerecapturedusingmercuryvapourlighttrapsthroughouttheflyingseason. All threeof themoth speciesflyatnightand rest in theday,when theywouldbevulnerabletopredationbybirds,ifvisible.B. betulariarestsontreebranchesandthereisevidencethatthechangefrommelanictonon-melanicformswasassociatedwithblacksootdisappearingfromthesebranchesasairpollutionwasreducedandpalecolouredlichensstartedtogrow.O. bidentatarestsundertheleavesoftreesorincracksintreebark. A.crenata rests in long grasses. The graph shows the percentage of melanic moths caught between1969and2002.
Key: B. betulariaA. crenataO. bidentata
Percentageofm
elanicmoths/%
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
01969 1972 1975 1978 1981 1984 1987 1990 1993 1996 1999 2002
Year
[Source:adaptedfromLMCook,et al., (2005),Journal of Heredity,96 (5),pages522–528]
(a) IdentifytheyearwiththehighestfrequencyofthemelanicformofO. bidentata. [1]
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–15–
Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question D1 continued)
(b) Estimatethepercentageofnon-melanicformsofA. crenatain1978. [1]
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(c) (i) Comparethetrendsforthethreemothspeciesduringthestudy. [3]
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(ii) Suggestreasonsforthedifferencesintrends. [2]
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–16– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
D2. (a) Discussthedefinitionofthetermspecies. [3]
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(b) Outlineallopatricandsympatricspeciation. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1632
–17–
Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
D3. (a) Outlinetheprocessofadaptiveradiation. [3]
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(b) Discusstheimportanceofculturalevolutionintherecentevolutionofhumans. [3]
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Option E — Neurobiology and behaviour
E1. Thedrugcocaineisbelievedtohaveanimpactonfetaldevelopment.Astudywascarriedouttoevaluatetherelationshipbetweenheadcircumferenceandbirthweightinnewbornbabiesexposedtococainewhentheywereintheuterus.
Cocainelevelsweremeasuredinthemothersduringpregnancyandthemotherswerecategorizedintothreestudygroups:nococaine,lowcocaineandhighcocaine.Headcircumferenceandbirthweightweremeasuredinthebabiesandtheirrelationshipispresentedinthegraphbelow.
Headcircum
ference/cm
38
36
34
32
30
Study group: Nococaine Lowcocaine Highcocaine
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0Birthweight/kg
[Source:adaptedfromDABatemanandCAChiriboga,(2000),Pediatrics,106(3),page33]
(a) State the lowest head circumference measured in newborn babies born to highcocaineusers,givingtheunits. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question E1 continued)
(b) Statetherelationshipbetweenbirthweightandheadcircumferenceinnewbornbabieswhosemothersdidnotusecocaine. [1]
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(c) Usingthedatainthegraph,describetherelationshipbetweencocaineexposureandheadcircumferenceinnewbornbabies. [2]
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(d) Deducetheeffectofcocaineuseontheheadcircumferenceofbabieswithabirthweightbelow3.5kg. [2]
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E2. (a) Distinguishbetweeninnateandlearnedbehaviour. [1]
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(b) Labelthediagramoftheear. [2]
IV. .......................... III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2032
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Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question E2 continued)
(c) (i) Comparerodandconecells. [3]
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(ii) Explainsympatheticandparasympatheticcontrolofthemovementoftheiris. [2]
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2132
–22– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
E3. (a) Definethetermreflexinanimalbehaviour. [1]
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(b) Outlinethemainrolesofmotor,sensoryandrelayneuronsinaspinalreflexarc. [3]
Main role
Motorneuron
Sensoryneuron
Relayneuron
2232
–23–
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–24– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
Option F — Microbes and biotechnology
F1. The sludge produced in sewage treatment plants contains pathogenic microorganisms.Inastudy,sludgewasheatedto80°Cinordertokillthepathogensandtheeffectivenessofthistreatmentwascomparedusingviruses(coliphages)andbacteria(Salmonella choleraesuis)whichwereaddedasindicators.Thelevelofactivityofeitherofthesetwoindicatorsshowswhetherpathogenicmicroorganismsmayhavesurvivedinthesewagesludge.
Theresistanceoftheindicatorstoheattreatmentwasstudiedandtheirlevelofactivityisshowninthefollowinggraph.
Key: Coliphages S. choleraesuis
Percentageremainingoforiginalnum
ber
100
10
1
0.1
0.01
0.001
0.0001
0.00001
0.000001
0.0000001
0.000000010 10 20 30 40 50 60
Treatmenttime/min
[Source:adaptedfromLMocé-Llivina,et al.,(2003),Applied and Environmental Microbiology,69(3),pages1452–1456]
(a) Statewhichindicatorwasmoreresistanttotheheattreatment. [1]
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2432
–25–
Turn over
M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question F1 continued)
(b) Comparetheeffectofthe80°CheattreatmentoncoliphagesandS. choleraesuis. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(c) Discuss whether the heat treatment should be continued beyond 60 minutes if thistechniqueweretobeusedinsewagetreatmentplants. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(d) Inmanyareas,sewageisdischargeddirectlyintotheenvironment.State twopotentialenvironmentalconsequencesofreleasingsewageintorivers [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–26– M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
F2. (a) Thediagrambelowrepresentsthecellwallsoftwodifferentbacteria.State,withareason,whichcellwall(IorII)isGram-positive. [1]
I IIpeptidoglycan
layer
plasmamembrane
outermembrane
peptidoglycanlayer
plasmamembrane
periplasm
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(b) Denitrification is part of the nitrogen cycle. Outline the conditions that favourdenitrificationintheenvironment. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question F2 continued)
(c) Explainthegenerationofmethanefrombiomass. [3]
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F3. Genetherapyisanewtechnologywhichcanbeusedtotreathereditarydiseases.
(a) Outline tworisksofgenetherapy. [2]
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(b) Distinguishbetweensomaticandgermlinetherapy. [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Option G — Ecology and conservation
G1. Mercuryisatoxicsubstanceanditsbiomagnificationinaquaticfoodchainsisaglobalconcern.Astudy tested theeffectsof inorganicphosphorus levelsonbothalgalgrowthandmercuryaccumulationbyDaphnia mendotae feedingonthealgaewhichabsorbmercuryfromthewater.Daphniamaysubsequentlybeeatenbyfish.
Experimentswereperformedinsixdifferenttankswithincreasingphosphorusconcentrations.Thesameamountofmercurywasaddedtoeachtank.Thequantityofalgae,determinedbymeasuring the amount of chlorophyll a, and the accumulation ofmercury byDaphnia wasmeasuredineachtank.Chlorophylla andmercurylevelsweremeasuredtwiceateachofthesixdifferentphosphorusconcentrations.
Chlorophylla /μglitre–1
30
25
20
15
10
5
0 MercuryconcentrationinD
aphn
ia/ngg–1 3000
2500
2000
1500
1000
500
0Tank TankTank TankTankTank 1 2 3 4 5 6
Tank TankTank TankTankTank 1 2 3 4 5 6
Increasingphosphorus Increasingphosphorus
[Source:adaptedfromPCPickhardt,et al.,(2002),PNAS,99,pages4419–4423]
(a) (i) Deducethetankinwhichthequantityofalgaewashighest. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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M12/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX
(Question G1 continued)
(ii) Deduce the tank in which the level of mercury accumulation in Daphnia waslowest. [1]
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(b) Outline the relationship between phosphorus concentration in the water and theaccumulationofmercurybyDaphnia. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(c) Usingthedata,suggestreasonsfortherelationshipbetweenphosphorusconcentrationinthetanksandmercuryconcentrationinDaphnia. [2]
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G2. (a) Inagrasslandecosystem,theamountofenergycapturedbythephotosyntheticorganismswas100000kJm–2yr–1. Constructapyramidofenergyindicatingthepredictedenergylevelsforfourtrophiclevels,includingtheproducers. [3]
(b) Definebiomass. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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G3. (a) Outlinetheeffectofchlorofluorocarbons(CFCs)ontheozonelayer. [4]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) Explainhowtemperatureandterritoryaffectthedistributionofanimalspecies. [4]
Temperature:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Territory:
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