Biology Standard level Paper 3 - Papers | XtremePapers · locate nectar on l owers. The ability of...

36EP01

Candidate session number

M15/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX

Biology

Standard level

Paper 3

© International Baccalaureate Organization 201533 pages2215 – 6012

Thursday 7 May 2015 (afternoon)

Instructions to candidates

y Write your session number in the boxes above. y Do not open this examination paper until instructed to do so. y Answer all of the questions from two of the Options. y Write your answers in the boxes provided. y A calculator is required for this paper. y The maximum mark for this examination paper is [36 marks].

Option Questions

Option A — Human nutrition and health 1 – 3

Option B — Physiology of exercise 4 – 6

Option C — Cells and energy 7 – 9

Option D — Evolution 10 – 12

Option E — Neurobiology and behaviour 13 – 15

Option F — Microbes and biotechnology 16 – 18

Option G — Ecology and conservation 19 – 21

1 hour

– 2 –

36EP02

Option A — Human nutrition and health

1. Astudywascarriedouttoevaluatethesignificanceoffoodmilesforcheesemadefromcows’milkproducedinNewZealand(NZ)andsoldandconsumedintheUK.ThecheeseistransportedbyshipfromNewZealandtotheUK,adistanceofover20000km.Energyuseandgreenhousegas(GHG)emissionswereevaluatedforeachstageofproductionandtransport.ThepercentcontributionofeachstagetothetotalenergyuseandtotalGHGemissionsareshownbelow.

Contr

ibu

tio

n / %

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Key:

Transport cheese: truck and car UK

Transport milk/cheese: truck in NZ

Transport: shipping

Packaging

Manufacturing

Farming

Energyuse GHG

[Source: S Ledgard et al.,(2007),Proceedings of the New Zealand Grassland Association, 69, pages223–228.Reprintedwithpermission]

(a) IdentifythestagewhichcontributesmosttobothenergyuseandGHGemissions. [1]

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

(Option A continues on the following page)

M 15/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ1/XX

– 3 –

Turn over

36EP03

(Option A, question 1 continued)

(b) DistinguishbetweenthecontributionoftransporttoenergyuseandGHGemissionsintheproductionofNewZealandcheese. [2]

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(c) EstimatethepercentageofenergyuseandGHGcontributedbyshipping. [1]

Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . % GHG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . %

(d) Usingyourknowledgeoffoodmilesandtheinformationinthedata,discusswhetherconsumersintheUKmightchooseNewZealandcheese. [3]

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– 4 –

36EP04

(Option A continued)

2. (a) Waterandmineralsareessentialinthehumandiet.Listtwoothertypesofnutrientinahumandiet. [1]

1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) Outlinethebenefitsofusingiodineasadietarysupplement. [2]

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(c) Someethnicgroupsrelyheavilyonfishastheirstapleenergysource.Explainthepossiblehealtheffectsofaproteinrichdietofthistype. [3]

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– 5 –

Turn over

36EP05

(Option A continued)

3. (a) OutlinethesymptomsoftypeIIdiabetes. [2]

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(b) Explainthedietaryadvicethatshouldbegiventoapatientwhohasdeveloped typeIIdiabetes. [3]

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End of Option A


– 6 –

36EP06

Option B — Physiology of exercise

4. Erythropoietin(EPO)isabloodproteinwhichregulatesredbloodcellproductioninbonemarrowandcanbeusedtoenhanceathleticperformance.MeasurementsofthelevelofEPOinbloodserumareusedtodetectthemisuseofEPOinsport.AninvestigationwascarriedouttodeterminewhethertrainingcouldaffectthelevelofEPOinbloodfor non-competitiveandcompetitiveathletes.

Competitive athletes

Non-competitive

athletesSwimmers Triathletes

Taekwondo

athletes

Mean Age / years 21 18 27 21

Training /meanhoursweek–1 5 35 16 20

MeanEPO/IUL–1 11.1 15.7 12.6 11.2EPOstandarddeviation / IUL–1

4.0 5.2 4.3 3.7

[Source:adaptedfromA.Abellan,S.Venturaet al.(2004)Recent Advances in Doping Analysis,12,pages453–457.SPORTVERLAGStrauß.Usedwithpermission.]

(a) DeterminetherangeofEPOvalueswithinonestandarddeviationofthemeanforthe non-competitiveathletes. [1]

From . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IUL–1 to . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IUL–1

(b) ComparethemeanbloodEPOvaluesfornon-competitiveandcompetitiveathletes. [2]

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(Option B continues on the following page)


– 7 –

Turn over

36EP07

(Option B, question 4 continued)

(c) EvaluatetheevidencethattrainingincreasesbloodEPOlevels. [3]

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(d) DiscusstheuseofEPOtoimproveathleticperformancebycompetitiveathletes. [2]

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– 8 –

36EP08

(Option B continued)

5. (a) OutlinetherelationshipbetweenVO2andtheproportionofcarbohydrateandfatused inrespiration. [2]

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(b) Describetheeffectsoftrainingonthepulmonarysystem. [2]

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– 9 –

Turn over

36EP09

(Option B continued)

6. (a) Statethenamesandfunctionsoftheantagonisticmusclesofthehumanelbowjoint. [2]

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(b) OutlinehowATPisproducedbymusclefibresduringintenseexercise. [2]

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(c) ExplaintheroleofATPinmusclecontraction. [2]

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End of Option B


–10–

36EP10

Option C — Cells and energy

7. InastudycarriedoutattheUniversityofArizona,theeffectsofincreasedCO2 concentration ontherateofphotosynthesisinspringwheat,Triticum aestivum,wereinvestigatedoverthecourseofanentiregrowingseason(fromthebeginningofFebruarytotheendofApril).TherateofphotosynthesiswasmeasuredastherateofCO2uptakefromthetimeofemergencefromtheseedtomaturity.ThecontrolplantsweregrownatanormalairCO2 concentrationwhilethetestplantsweregrownatanelevatedCO2concentration.

Rateofphotosynthesis/

molm

–2d

–1

1.25

1.00

0.75

0.50

0.25

0.00

Key:

Control CO2

Elevated CO2

Feb

12

Apr 2

8

Apr 1

5Ap

r 9

Mar30

Mar

16

Mar

3

Feb

24

Samplingdates

[Source:R.L.Garcia,S.P.Long,G.W.Wall,C.P.Osborne,B.A.Kimball,G.Y.Nie,P.J.Pinter,R.L.LamorteandF.Wechsung(1998)‘Photosynthesisandconductanceofspring-wheatleaves:fieldresponsetocontinuousfree-air

atmosphericCO2enrichment.’Plant, Cell and Environment,21,pages659–669.©BlackwellScience1998.UsedwithpermissionfromWiley.]

(a) DescribethepatternofCO2uptakeinthecontrolplants. [2]

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(Option C continues on the following page)


– 11 –

Turn over

36EP11

(Option C, question 7 continued)

(b) OutlinetheeffectofincreasedcarbondioxideconcentrationonCO2uptake. [2]

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(c) DiscusshowCO2uptakeinthisinvestigationmaybeaffectedbyotherlimitingfactors. [3]

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– 12 –

36EP12

(Option C continued)

8. (a) Drawalabelleddiagramofthestructureofamitochondrionasseenunderthe electronmicroscope. [2]

(b) Explainhowthestructureofamitochondrionisrelatedtoitsfunction. [3]

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– 13 –

Turn over

36EP13

(Option C continued)

9. TheenzymehexokinasecatalysesthereactionbetweenglucoseandATPtoform Glucose–6–phosphateandADP.

[Source:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d1/Hexokinase_induced_fit.png/400px-Hexokinase_induced_fit.png]

(a) Hexokinasefunctionsaccordingtotheinducedfitmodel.Usingthisexample, describetheinducedfitmodel. [3]

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36EP14

(Option C, question 9 continued)

(b) Theactivityofhexokinaseisregulatedbyendproductinhibition.Explainhowareactioncanbecontrolledbyendproductinhibition. [3]

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

End of Option C


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36EP15

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36EP16

Option D — Evolution

10. Thesickle-cellhemoglobinallele(HbS)hasahighfrequencyinregionswherethereismalaria.Thisisbelievedtobeduetoaselectiveadvantageagainstfatalmalariafortheheterozygote(HbAHbS).Individualswhoarehomozygousforthesicklecellallele(HbSHbS)havesicklecellanemiawhileheterozygoteshaveamuchlesssevereformofthedisease.NormalindividualswithoutsicklecellanemiaaredesignatedHbAHbA.

Thisstudyinvolved1022childrenlivinginanareaofKenyawheremalariaispresent.Thepossibleprotectiveeffectofthesicklecellalleleagainstmortalityduetomalariawasinvestigated.Thedatashowthepercentageofchildrensurvivingafterbirthoveraperiodof48months.

Surv

ival /

%

100

95

90

85

80

75

70

Key:

HbSHbS

HbAHbS

HbAHbA

0 3 6 9 12 1518 2124 2730 33 36 3942 45 48Timeafterbirth/months

[Source:ReprintedfromTHELANCETVol.359No.9314,MichaelAidoo,DianneJ.Terlouw,MargaretteS.Kolczak,PeterD.McElroy,FeikoO.terKuile,SimonKariuki,BernardL.Nahlen,AltafA.Lal,VenkatachalamUdhayakumar,“Protectiveeffectsofthesicklecellgeneagainstmalariamorbidityandmortality”,pp.1311–1312,copyright2002,

withpermissionfromElsevier.]

(a) Identifythegenotypewiththehighestpercentagesurvivalat3monthsand15months. [1]

3months: ...........................................................

15months: ...........................................................

(Option D continues on the following page)


– 17 –

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36EP17

(Option D, question 10 continued)

(b) Outlinethepatternofsurvivalforindividualshomozygousforthesicklecellallele(HbSHbS). [2]

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(c) ComparethepatternsofsurvivalfortheHbAHbSandHbAHbAgenotypes. [2]

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(d) Discusstheevidencefromthesedatafortheprotectiveeffectofthesicklecellallele. [2]

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36EP18

(Option D continued)

11. Thediagramshowssomeofthelaterstagesintheoriginofeukaryoticcellsaccordingtotheendosymbiotictheory.

[Source:“Serialendosymbiosis”byKelvinsong-Ownwork.LicensedunderCCBY-SA3.0viaWikimediaCommons-https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Serial_endosymbiosis.svg#/media/File:Serial_endosymbiosis.svg]

(a) Discusstheendosymbiotictheoryincludingtheevidencefortheprocessshownin thediagram. [3]

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

(b) Ancestraleukaryoticcellsmayhavebeenprecededbyprotobionts.Stateonefeatureofaprotobiont. [1]

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– 19 –

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36EP19

(Option D, question 11 continued)

(c) Outlinethecontributionofprokaryotestoanoxygenrichatmosphere. [2]

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12. (a) Outlinetheprocessofadaptiveradiation. [2]

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(b) Discussthecorrelationbetweenbrainsizeanddietinhumanevolution. [3]

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End of Option D


–20–

36EP20

Option E — Neurobiology and behaviour

13. Mothsuseavarietyofsensoryprocesses(includingvision,smellandmechanoreception)tolocatenectaronflowers.Theabilityofthenocturnaltobaccohornwormmoth,Manduca sexta,tofindnectarusingmechanoreceptorswasinvestigatedusingartificalflowers.Three-day-oldmothsthathadnoexperienceofnaturalflowerswereusedintheinvestigation.Theartificialflowershadnectarplacedatthecentreandweremadeofeitherpaper(witharoughsurfacetostimulatemechanoreception)orplastic(toreducemechanoreception).Thetimetakenformothstodiscoverthenectar(discoverytime)overaseriesofeighttrialsisshownfortheartificialflowertypes.Verticalbarsshowthevariationinthedata.

30

25

20

15

10

5

0

30

25

20

15

10

5

00 2 4 6 8 0 2 4 6 8

Trial number

Dis

co

ve

ry t

ime

/ s

Paper flower Plastic flower

[Source:JoaquínGoyretandRobertA.Raguso,“TheroleofmechanosensoryinputinflowerhandlingefficiencyandlearningbyManducasexta”.J Exp Biol2006209:1585–1593.doi:10.1242/jeb.02169

ReproducedwithpermissionfromThe Journal of Experimental Biology:jeb.biologists.org]

(a) Identifythetrialforeachflowertypethatshowsthegreatestvariation. [1]

Paper: ...............................................................

Plastic:...............................................................

(b) Comparethedataforplasticandpaperflowers. [2]

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

(Option E continues on the following page)


– 21 –

Turn over

36EP21

(Option E, question 13 continued)

(c) Outlinetheevidencefromthedatathattheabilitytofindnectarusingmechanoreceptorsisalearnedbehaviour. [2]

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(d) Discusshowlearningtofindnectarusingmechanoreceptorscouldleadtoimprovedchancesofsurvivalandreproductionforthetobaccohornwormmoth. [2]

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36EP22

(Option E continued)

[Source:http://animalbehaviour.net/ClassicalConditioning.htm]

14. (a) ThediagramaboveshowsthesetupsimilartothatusedinPavlov’sexperimentsonconditioningindogs. DescribePavlov’sexperimentsonconditioningindogs. [3]

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(b) Salivationisnormallyasimplereflex.Explaintheroleofsensory,relayandmotorneuronsinasimplereflex. [2]

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36EP23

(Option E continued)

15. (a) List twoexamplesofexcitatorypsychoactivedrugs. [1]

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(b) Outlinethepossibleeffectsofexcitatorydrugsonmoodandbehaviour. [2]

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(c) Discussthecausesofaddictiontococaine. [3]

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End of Option E


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36EP24

Option F — Microbes and biotechnology

16. Poultry,cattleandpigfarmingallproducelargeamountsofmanure.Generatingbiogas(mainlymethane)fromthiswasteisanimportantwayofincreasingenergyefficiencyandreducingpollutionfromthesefarms.Separatesamplesofmanurefromcattle,poultryandpigsweremixedwithwaterusingmanure:waterratiosof1:1,2:1and3:1bymass. Themixtureswerestirredanddigestedforthirtydays.Thebiogasyieldperkgofmanureforeachmixingratiowasmeasured.

(a) Identifythemanuretypeandmixingratiowhichproducesthehighestyieldofbiogas. [1]

Manure type: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mixingratio:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(Option F continues on the following page)

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JABS/2009/22/22-0ctober-2009.html


– 25 –

Turn over

36EP25

(Option F, question 16 continued)

(b) Comparetheeffectofchangingthemixingratioontheyieldofbiogasfromeachofthethreetypesofmanure. [3]

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(c) Suggestonereasonforthedifferenceinbiogasyieldbetweenpoultryandcattlemanure. [1]

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(d) Biogasisamixtureofcombustiblegasesincludingmethane(CH4)andhydrogen(H2).Usingthedataandyourknowledge,outlinetheconditionsneededfortheefficientproductionofbiogasfrommanure. [2]

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



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36EP26

(Option F continued)

17. Theimagesbelowshowthreemicroscopiceukaryotes.

Paramecium Euglena Amoeba

[Source:http://www.biology-resources.com/©D.G.Mackean]

(a) Identifytheeukaryotewhichusesciliaforlocomotion. [1]

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

(b) Outlinethediversityofmodesofnutritioninthesethreeeukaryotes. [2]

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36EP27

(Option F, question 17 continued)

(c) Saccharomycesisamicroscopiceukaryote.ExplaintheuseofSaccharomyces in beerproduction. [3]

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36EP28

(Option F continued)

18. (a) Reversetranscriptaseisanimportantenzymeinbiotechnology.Statethefunctionofreversetranscriptase. [1]

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(b) Explainhowreversetranscriptaseisusedinmolecularbiology. [3]

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(c) Identifyoneriskassociatedwithgenetherapy. [1]

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36EP30

Option G — Ecology and conservation

19. ThebrownalgaSargassum muticumisasuccessfulinvasivespeciesaroundtheworld.Itgrowsattachedtorocksintheintertidalzoneandhaslargefrondsthatfloatinthewater.IthasrecentlybecomeestablishedinintertidalcommunitiesonthewestcoastofScotland.Theimpactofthisinvasivespecieswasinvestigatedbymeasuringthecompositionoftheanimalcommunityintheintertidalzoneinanaffectedarea.Thedatawerecomparedtoacontrol site with no invasive S. muticumwhichwaslocatedcloseby.

35

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25

20

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Key:

S. muticum site

Control site

[Source:D.Harries,S.Harrowet al.(2007)Journal of the Marine Biological Association,87,pages1057–1067,Figure2.“TheestablishmentoftheinvasivealgaSargassum muticumonthewestcoastofScotland:apreliminaryassessmentof

communityeffects”,reproducedwithpermission.]

(a) Identifythemostabundantanimaltypeat [1]

the S. muticum site: .....................................................

the control site: .....................................................

(Option G continues on the following page)


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Turn over

36EP31

(Option G, question 19 continued)

(b) DescribetheimpactofinvasiveS. muticumontheshorelineanimalcommunity. [3]

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(c) Discusspossiblereasonsforthedifferencesintheanimalcommunitiesseenatthe twosites. [3]

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



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36EP32

(Option G continued)

20. Thediagrambelowshowschangingvegetationalongaslopeinaterrestrialecosystem.

[Source:©InternationalBaccalaureateOrganization2015]

(a) Describehowatransectcanbeusedtoinvestigatethedistributionofplantspeciesinthisecosystem. [2]

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

(b) Thevegetationshownherehasdevelopedasaresultofprimarysuccession.Outlinethechangesthattakeplaceintheabioticenvironmentduringprimarysuccession. [2]

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



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36EP33

(Option G, question 20 continued)

(c) Outlinetheabioticfactorsthataffectthedistributionofplantspeciesinanecosystem. [2]

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

21. (a) Explainthecausesandconsequencesofbiomagnificationofanamedchemical. [3]

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(b) Explaintheconceptofniche. [2]

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