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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
0 1 2 4
2 2 1 0 6 0 1 5
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Option D — Evolution
D1. The HIV virus has a high rate of mutation. Scientists studied the evolution of this virusin a small group ofmenwith a slow rate of disease progression for a period of 12 years.The viral divergence from the original viral population and the diversity within thepopulationswererecordedovertheyears.
GRAPH REMOVED DUE TO COPYRIGHT REASONS.
(This question continues on the following page)
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(Question D1 continued)
(a) (i) Identify the pattern of divergence of the viral sequence from the original viralpopulation.
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[1]
(ii) Identifythechangeinthepatternofdiversityofthepopulations.
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[1]
(b) Estimate the percentage increase of the population diversity from the stage of theinitialinfectiontothediversity12yearslater.
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[2]
(c) Using the data provided, suggest how the change in divergence and diversity ofviralRNAmaybeofevolutionarybenefit to theHIVvirus.
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D2. (a) IdentifytwoprocessesneededforthespontaneousoriginoflifeonEarth.
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[2]
(b) Outline ideas about the pace of evolution according to gradualism and punctuatedequilibrium.
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(Question D2 continued)
(c) (i) Defineaclade.
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[1]
(ii) Analysetherelationshipbetweentheorganismsinthefollowingcladogram. [3]
sharkbullfrog
kangaroo human
placenta
mammaryglands
two pairsof limbsvertebrae
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D3. Explain thebiochemicalevidenceprovidedbyDNAandproteinstructures for thecommonancestryoflivingorganisms.
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Option E — Neurobiology and behaviour
E1. Drug abuseandalcoholabuse areneurobehavioural disorders of complexorigin. Ahumangenehasbeenidentifiedthatencodesthemainenzyme(FAAH)forinactivatingcannabinoid(THC). A mutation in this gene can occur and the homozygous mutation allows normalcatalyticactivityofFAAHbutmakestheFAAHmorelikelytobebrokendown.Astudywasconducted to test for the presence of the homozygous FAAHmutation in relation to drugandalcoholabuse.Fourdifferentgroupswereformedbasedontheiruseofdrugsandalcohol.
Percentageofhomozygotes
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Key:
Group1:Controlnodrug/ noalcoholuse
Group2:Problemuserofdrugsoralcohol
Group3:Druguseronly
Group4:Alcoholuseronly
Group1 Group2 Group3 Group4 N =1737 N =80 N =233 N =68
[Source:adaptedfromJCSipeet al.,“Amissensemutationinhumanfattyacidamidehydrolaseassociatedwithproblemdruguse”(2002)PNAS,99(12),pages8394–8399:Figure1(adapted).copyright2002NationalAcademyofSciences,USA]
(a) Identifythepercentageofhomozygotesamongdrugusersonly.
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[1]
(b) Calculatetheactualnumberofhomozygotesingroup2.
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(Question E1 continued)
(c) Evaluate the evidence to support thehypothesis that thepresenceof thehomozygousmutationisariskfactorindrugandalcoholuse.
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(d) Suggestareasonforthehighincidenceofhomozygotesamongdrugandalcoholusers.
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E2. (a) (i) Labelthecelltypeindicatedonthediagrambelowdepictingpartoftheretina. [1]
.............................
(ii) Explaincontralateralprocessingofvisualstimuli.
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(b) Outlineanexampleoftheeffectofnaturalselectiononanimalresponses.
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(c) Usinganamedexample,outlinearhythmicalbehaviourpatternwithanadaptivevalue.
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M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
E3. Explainsympatheticandparasympatheticcontrolofbloodflowtothegut.
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–12– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
Option F — Microbes and biotechnology
F1. In the year 2000, serious fires damaged two regions in Yellowstone National Park, USA.In theGlade fire therewas destruction to the tops of treeswhile theMoran fire destroyedground level species. After these fires, the overall nitrogen levels for ammonification(formationofammonia)andnitrification in thesoilweremeasuredyearly.
Ammonification
mgNkgsoil–1yr–1
20
–2–4–6–8
–10–12
Nitrification
mgNkgsoil–1yr–1
20
15
10
5
0 Glade Moran fire fire 2000 2000
2001 2002 2003 to to to 2002 2003 2004
[Source:adaptedfromMonicaGTurner:InauguralArticle“Inorganicnitrogenavailabilityafterseverestand-replacingfireintheGreaterYellowstoneecosystem”(2007)PNAS,104(12),pages4782–89:Figure3copyright2007NationalAcademyofSciences,USA]
(a) (i) Identifytheyearswhenthemostammonificationoccurred.
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(ii) CalculatethenetnitrogenlevelinthesoilfortheyearoftheMoranfire.
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[1]
(b) Statethenameofonebacteriumthatcouldberesponsiblefornitrificationlevels.
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–13–
Turn over
M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
(Question F1 continued)
(c) Using the data, explain what could account for the low levels of ammonia after theMoranfire.
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[3]
F2. (a) (i) Listtwomicroscopiceukaryotes.
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[1]
(ii) Outlinethediversityofmicroscopiceukaryotes.
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[3]
(b) Statetwomicrobesusedfortheproductionoftwonamedfoods.
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(c) Explaintheuseofbacteriainbioremediationforonespecificsubstancecontaminatingsoilorwater.
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–14– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
F3. Discusstheoriginandepidemiologyofone namedexampleofapandemic.
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–15–
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M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
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–16– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
Option G — Ecology and conservation
G1. Invasion of alien species has become a serious issue in most environments of the world.ThisstudyofNordicenvironmentschartsthepresenceofalienspeciesoverthelastcentury.Relativeproportionsofinvertebrates,vertebratesandplantsandfungiareindicatedineachbar.
Key: invertebrates vertebrates plantsandfungi
Terrestrial Ecosystem Freshwater Ecosystem Marine EcosystemNumberofalienspecies Numberofalienspecies Numberofalienspecies1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
50
40
30
20
10
0
50
40
30
20
10
0
<1900
1900–1909
1910–1919
1920–1929
1930–1939
1940–1949
1950–1959
1960–1969
1970–1979
1980–1989
1990–1999
<1900
1900–1909
1910–1919
1920–1929
1930–1939
1940–1949
1950–1959
1960–1969
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1900–1909
1910–1919
1920–1929
1930–1939
1940–1949
1950–1959
1960–1969
1970–1979
1980–1989
1990–1999
[Source:adaptedfromI.R.Weidema(ed),Introduced Species in the Nordic Countries,©NordicCouncilofMinisters2000,Copenhagen,Nord2000:013,ISBN92-893-0489-8]
(a) (i) Statetheecosysteminwhichtheproportionofalienvertebratesisthegreatest.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(ii) Describe the general pattern of the numbers of alien species in terrestrial andmarineecosystems.
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2210-6015
–17–
Turn over
M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
(Question G1 continued)
(b) Suggestareasonwhyalienplantandfungiinvasionisgreatestintheterrestrialecosystem.
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(c) Identifyhowinvasionofmarinewatersbyalieninvertebratesmightoccur.
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[1]
(d) Discusstheimpactofalienspeciesonecosystems.
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–18– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
G2. (a) Distinguishbetweenfundamentalnichesandrealizedniches.
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[2]
(b) Outlinethechangesinspeciesdiversityandproductionduringprimarysuccession.
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[2]
(c) Outline,usingexamples, the biogeographical features of nature reserves that promotetheconservationofdiversity.
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Turn over
M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
G3. Discussinternationalmeasuresthatwouldpromotetheconservationoffish.
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Option H — Further human physiology
H1. A group of non-smoking men and women were studied for the effects of environmentalcontaminationwithcadmium,atoxicmetal.Astudywasconductedtoseetheeffectofcadmiumexposureonthemetabolismoftheliver,asmeasuredbytheactivityofacytochromeenzymethatmetabolizesdrugs,andonrenaltubulardamageinthekidneyasindicatedbytheexcretionofasubstance,NAG.
Key: women men
Hepaticcytochromeactivity
/mg3hrs–1
16
14
12
10
8
6
4
2
0 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 Renaltubulardamage/NAGunits3hrs–1
[Source:adaptedfromS.Sataruget al.,“EvidenceforconcurrenteffectsofexposuretoenvironmentalcadmiumandleadonhepaticCYP2A6phenotypeandrenalfunctionbiomarkersinnonsmokers”,Environmental Health Perspectives,2004,112(15),pages1512-1518,
Figure2.ReproducedwithpermissionfromEnvironmentalHealthPerspectives]
(a) (i) Identifythehighesthepaticcytochromeactivityvalueinwomen.
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[1]
(ii) Identifythelowestrenaltubulardamagevalueinmen.
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–21–
Turn over
M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
(Question H1 continued)
(b) Comparethecorrelationbetweenhepaticandrenalfunctionsformenandforwomen.
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[2]
(c) Thescientistswhoconductedthestudyhypothesizedthatexposuretocadmiumcausestoxicityinbothhepaticandrenalfunctions.Usingthedata,evaluatethehypothesis.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–22– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
H2. (a) Distinguishbetweenthemodeofactionofproteinhormonesandsteroidhormones.
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[2]
(b) Labeltheindicatedstructuresinthemicrographofexocrineglandcellsbelow. [2]
I.
II.
[Source:www.pathguy.com/histo/074.jpg.ReprintedwiththepermissionofEdFriedlander,KansasCityUniversityofMedicineandBiosciences.]
I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
II. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–23–
Turn over
M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
(Question H2 continued)
(c) Outlinethecontrolofthesecretionofgastricjuicebynervesandhormones.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–24– M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+
H3. Explain,withtheuseofadiagram,theroleoftheBohrshiftinthesupplyofoxygentorespiringheartmuscle. [6]
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