m114biolohp3engtz2xx - Free Exam Papers code 2 2 1 1 – 6 0 1 5 27 pages M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX...
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Examination code
2 2 1 1 – 6 0 1 5
27 pages
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
Thursday 19 May 2011 (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.• Write your answers in the boxes provided.
1 hour 15 minutes
Candidate session number
0 0
© International Baccalaureate Organization 2011
0128
22116015
–2– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
Option D — Evolution
D1. A study was undertaken of the evolution of two species of wasps, one the parasite oftheother.Theparasitequeen,Vespula squamosa,kills thehostqueen,Vespula maculifrons,andtakesoverherroleinthecolony.Datawascompiledfor13coloniesofV. squamosaand37coloniesofV. maculifronstoanalysethegeneticstructureofthetwospecies.
Eachpointonthegraphsrepresentsthegeneticdistanceandgeographicdistancebetweenapairofcolonies.ThegeneticdistanceindicatesthenumberofdifferencesinspecificDNAmarkersbetweenapairofcolonies.Theresultsareshownbelow.
V. squamosa
Geneticdistancebetweeneachpairofcolonies/
arbitraryunits
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
Geographicdistancebetweeneachpairofcolonies/km
V. maculifrons
Geneticdistancebetweeneachpairofcolonies/
arbitraryunits
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
110
120
130
Geographicdistancebetweeneachpairofcolonies/km
Source:“Geneticstructureandbreedingsysteminasocialwaspanditssocialparasite”byHoffmanEA,KovacsJL,GoodismanMAD,BMC Evolutionary Biology(2008)8:239.©2008Hoffmanetal;licenseeBioMedCentralLtd
(This question continues on the following page)
0228
–3–
Turn over
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question D1 continued)
(a) (i) Determine the greatest genetic distance between any pair of colonies ofV. squamosa. [1]
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(ii) Identify the greatest geographic distance between any pair of colonies ofV. maculifrons. [1]
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(b) Describe the relationshipbetween thegeographicdistanceandgeneticdistance in thetwospecies. [1]
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(This question continues on the following page)
0328
–4– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question D1 continued)
(c) Comparethetwospeciesintermsofgeneticdistancebetweenthepairsofcolonies. [2]
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(d) DatacollectedoneightspecificallelesinthetwospeciesindicatedthateachspecieswasinHardy–Weinbergequilibrium.Evaluateall thedataregardingpossibleevolutionarychangeswithin the twospecies. [2]
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0428
–5–
Turn over
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
D2. (a) (i) Distinguishbetweentransientpolymorphismandbalancedpolymorphism. [2]
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(ii) Stateanexampleoftransientpolymorphism. [1]
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(b) Describeanexampleofabarrierbetweengenepools. [2]
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0528
–6– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question D2 continued)
(c) OutlinehowvariationsinDNAcanindicatephylogeny. [2]
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D3. Discuss the incompletenessof the fossil recordand the resultinguncertaintiesabouthumanevolution. [6]
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0628
–7–
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
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0728
–8– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
Option E — Neurobiology and behaviour
E1. Theeffectofsocialstimulationonthereproductivepatternsofegg-layingfemaleZebrafinches(Taeniopygia guttata)was studied. The soundsof the samecolony (intra-colony) andof adifferentcolony(extra-colony)wererecordedandplayedtodifferentpairsofZebrafinches.
GraphAshows themean timeuntil the layingof thefirst eggs. GraphB shows themeanclutchsize(totalnumberofeggsperpair).Thecontrolpairshadnorecordingsplayedtothem.
GraphA GraphB
Meantim
euntil
layingfirsteggs/days
20
16
12
8
4
0
Meanclutchsize/total
numberofeggsp
erpair 8
6
4
2 Intra- Extra- Control colony colony
Intra- Extra- Control colony colony
J.Waasetal.(2005)ProceedingsoftheRoyalSociety,272,pp.383–388.Reproducedwithpermission.
(a) Identify the mean time until the laying of the first eggs in the control group ofZebrafinches. [1]
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(b) Calculate the percentage decrease between the mean time until the laying of thefirsteggsinpairsofZebrafinchesexposedtointra-colonysoundsandinpairsexposedtoextra-colonysounds.Showyourworking. [2]
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0828
–9–
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question E1 continued)
(c) EvaluatetheeffectoftherecordedcolonysoundsonthereproductivepatternoflayingeggsinZebrafinches. [3]
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0928
–10– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
E2. (a) Identifythepartsofthebrainindicatedonthediagrambelow. [2]
I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PatrickJ.Lynch,medicalillustrator;C.CarlJaffe,MD,cardiologist
(b) Outlinetheunconsciouscontroloftheheartrate. [3]
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(This question continues on the following page)
1028
–11–
Turn over
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question E2 continued)
(c) Describedifferentaspectsoftheprocessingofvisualstimuli. [3]
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1128
–12– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
E3. Explain the effects of cocaine in terms of its action at synapses in the brain and its socialconsequences. [6]
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Option F — Microbes and biotechnology
F1. Fungi of thegenusBotryosphaeria havebeen found to produce certainoxidizing enzymes,laccases,thatareeffectiveintreatingcontaminatedwaterandsoils.Studieswereundertakento test the effects of veratryl alcohol concentrations and fermentation time in order tooptimize the industrial production of laccases. Statistical analysis of the datawas used todevelop thegraphbelow.
3.254.00
4.755.50
2.50
7.0
5.0
3.0
1.0
9.0
28.031.5
35.038.5
42.0
Fermentationtime/days
Veratrylalcoholconcentration/mmoldm–3
Productionoflaccases/unitscm–3
ReprintedfromProcess Biochemistry,Volume35/Issue10.AnaFloraD.Vasconcelos,AneliM.BarbosaandMariaInêsRezende.“OptimizationoflaccaseproductionbyBotryosphaeriasp.inthepresenceofveratrylalcoholbythe
response-surfacemethod”,Pages1131-1138,Copyright(2000),withpermissionfromElsevier
(a) (i) Identifytheamountoflaccasesproducedwhentheveratrylalcoholconcentrationisatitshighestlevelandthefermentationtimeisatitsshortest. [1]
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question F1 continued)
(ii) Identifytheamountoflaccasesproducedwhentheveratrylalcoholconcentrationisatitslowestlevelandthefermentationtimeisatitslongest. [1]
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(b) Analysetheoveralleffectsof theveratryl alcoholconcentrationand fermentationtimeon theproductionof laccases. [3]
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(c) Suggesttwootherconditionsthatmightaffecttheproductionoflaccases. [2]
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F2. (a) Statetwocharacteristicsthatpermittheclassificationofmicrobesintodomains. [2]
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(b) Distinguish between chemoautotrophs and chemoheterotrophs in terms of carbonsources. [2]
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(c) Outline the transmission and treatment of a named example of microbial foodpoisoning. [3]
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1628
–17–
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
F3. Discussthecause,epidemiologyandproblemsofcontrolofanamedpandemic. [6]
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–18– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
Option G — Ecology and conservation
G1. Cadmiumisaheavymetal thatcanbe toxic tomanyspecies. Inastudy, theconcentrationof cadmium was examined in the tissues of three soil arthropods, Neobisium muscorum,Platynothrus peltifer andNotiophilus biguttatus. The shaded area of each graph indicatesthe time that the organisms were exposed to cadmium in their environment, while theunshadedareaindicatesthetimewhencadmiumwasnotpresentintheirenvironment.
Neobisium muscorum
Averageconcentration/pmolmg–1
300
250
200
150
100
50
00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Time/days
Platynothrus peltifer Notiophilus biguttatus
Averageconcentration/pmolmg–1
300
250
200
150
100
50
0 Averageconcentration/pmolmg–1
60
50
40
30
20
10
00 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 Time/days Time/days
JANSSEN,M.P.M.,BRUINS,A.,DEVRIES,T.H.,&VANSTRAALEN,N.M.(1991)Comparisonofcadmiumkineticsinfoursoilarthropodspecies. Arch. Environ. Contam.Toxicol.,20:305-312
(This question continues on the following page)
1828
–19–
Turn over
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question G1 continued)
(a) IdentifythehighestaverageconcentrationofcadmiumfoundinP. peltifer. [1]
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(b) Determine,withareasonfromthedata,whichspeciesisunabletoeliminatecadmium. [2]
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(c) (i) Statethespeciesthataccumulatestheleastcadmium. [1]
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(ii) Suggest,withobservationsfromthedata,areasonwhythespeciesstatedin(c)(i)accumulatestheleastcadmium. [2]
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1928
–20– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question G1 continued)
(d) Describe the possible effects of the presence of cadmium in food chains involvingthesearthropods. [2]
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2028
–21–
Turn over
M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
G2. (a) ClimographAbelowshowsatropicalsteppewhichisaformofgrassland.
ClimographA ClimographB
Precipitation/m
m(bars)
300
250
200
150
100
50
0
35
30
25
20
15
10
5
0
–5
–10
–15
Temperature/ °C (lines) Pr
ecipitation/m
m(bars)
300
250
200
150
100
50
0
35
30
25
20
15
10
5
0
–5
–10
–15
Temperature/ °C (lines)
J FMAM J J A SOND J FMAMJ J A SOND Month Month
©UniversityofWisconsin–StevensPoint.Usedwithpermission.
Deduce,withajustification,thetypeofbiomerepresentedbyclimographB. [3]
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(This question continues on the following page)
2128
–22– M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question G2 continued)
(b) Defineindicator species. [1]
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(c) Outline,withanamedexample,biologicalcontrolofinvasivespecies. [2]
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
G3. Outlineeitherr-strategiesorK-strategies. [6]
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Option H — Further human physiology
H1. Neutrophilsareaprimarydefenceagainstbacterialandfungalinfection.Thisdefenceinvolvesboth phagocytosis and hydrogen peroxide production. If there is an excess production ofhydrogenperoxide,tissuedamagemayoccur.
In hospitals, intravenous feeding of patients is often necessary and lipids form an essentialpart of the solutionsused. A studywasundertaken tomeasure the impactof twodifferenttypesoflipidsolutionsontheactivityofneutrophilsinbloodsamplesandontheirproductionof hydrogen peroxide. The two lipid solutionswere tested at twodifferent concentrations,0.06mgcm–3(GraphA)and0.6mgcm–3(GraphB).Thecontrolhasnolipidsolutions.
GraphA GraphB
Neutrophilsproducing
hydrogenperoxide/%
25
20
15
10
5
00 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 Incubationtime/min Incubationtime/min
Key: LCT(long-chaintriglycerides) LCT-MCT(long-chainandmedium-chaintriglycerides) Control
Source:“Unsaturatedlong-chainfattyacidsinducetherespiratoryburstofhumanneutrophilsandmonocytesinwholeblood”byBjörnJüttner,JaninaKröplin,SinaMColdewey,LarsWitt,WilhelmAOsthaus,ChristianWeilbach,DirkScheinichen,
Nutrition & Metabolism(2008),5:19.©2008Jüttneretal;licenseeBioMedCentralLtd.
(a) IdentifythemaximumpercentagevalueofneutrophilsproducinghydrogenperoxidefortheLCT-MCTsolutionat0.06mgcm–3. [1]
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
(Question H1 continued)
(b) Comparetheeffectsofthetwodifferentlipidsolutionsatthetwodifferentconcentrationsonthepercentageofneutrophilsproducinghydrogenperoxide. [3]
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(c) Suggestwhytheadditionofanincreasingconcentrationoflipidintoahydrophilicmedium,suchastheintravenousfeedingsolution,maybeaproblem. [1]
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(d) Evaluatethedataintermsofdecisionsfortheintravenousfeedingofpatients. [3]
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H2. (a) List the locations of chemosensors that detect changes in CO2 concentrations in theblood. [2]
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(b) State thenameof the enzyme in redblood cells that convertsCO2 to amore solubleform. [1]
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(c) Explaintheoxygendissociationcurveofmyoglobin. [3]
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–27–
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M11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX
H3. OutlinetherolesofgastricacidandHelicobacter pyloriinthedevelopmentofstomachulcersandstomachcancers. [6]
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