BIOLOGY Candidate session number HIGHER LEVEL PAPER 3 · Removal of toxic heavy metals from industrial waste water is essential in order to control environmental pollution. Industrial

30 pages

N11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

Thursday 17 November 2011 (morning)

BIOLOGY

HIGHER LEVEL

PAPER 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

Examination code

8 8 1 1 – 6 0 0 3

0132

88116003

– 2 – N11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

Option D — Evolution

D1. A study of two populations of Darwin’s finches, medium ground finch (Geospiza fortis)

and cactus finch (Geospiza scandens), was undertaken between 1973 and 1998 on theGalápagosIslands.Thegraphsbelowshowthemeanbeaksizeineachyearfrom1973to1998comparedwiththelong-termmeansize.

Geospiza fortis Geospiza scandens

Relativebeaksize

0.600.500.400.300.200.100.00

–0.10–0.20–0.30

Relativebeaksize

0.600.500.400.300.200.100.00

–0.10–0.20–0.30

1973 1978 1983 1988 1993 1998 1973 1978 1983 1988 1993 1998 Year Year

PeterRGrantandRosemaryBGrant,“UnpredictableEvolutionina30-YearStudyofDarwin’sFinches”,Science,Vol.296no.5568,pp.707--711,26April2002.ReprintedwithpermissionfromAAAS.

(a) StatetheyearinwhichG. fortishadthegreatestchangeinrelativebeaksize. [1]

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(This question continues on the following page)

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(Question D1 continued)

(b) ComparethetrendsinrelativebeaksizeofG. fortis and G. scandens. [3]

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(c) Outlinepossiblereasonsforthetrendsinrelativebeaksizeinfinches. [2]

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D2. ThediagrambelowshowstheapparatususedbyMillerandUreytosimulatetheatmosphereofearlyEarth.

Content removed for copyright reasons

(a) (i) Statetwosubstances,otherthanwater,thatwereaddedtothesparkchamber. [1]

1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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(Question D2 continued)

(ii) OutlinetheresultofMillerandUrey’sexperiment. [1]

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(b) Outlinethecorrelationbetweenthechangeindietandthechangeinbrainsizeduringhominidevolution. [3]

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(c) Compareconvergentanddivergentevolution. [3]

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D3. Discusstherelationshipbetweencladogramsandtheclassificationoflivingorganisms. [6]

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Option E — Neurobiology and behaviour

E1. Manymarine invertebratesmust swimormove incurrentsuntil theyfindasuitablehabitatin which to settle. A laboratory experiment was conducted to determine the swimmingresponseofbluecrab(Callinectes sapidus) larvae towaterflowingatdifferentvelocities ina seawatercolumn. Thegraphsbelowshow the results forwaterflowvelocityat0cms–1,3.6cms–1 and 6.3cms–1. Positive values indicatemovement in the direction of the currentandnegativevalues indicatemovementagainst thecurrent.



0832

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(Question E1 continued)

(a) Statethemaximumnetswimmingvelocityobserved,givingtheunits. [1]

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(b) Calculate thepercentageofC. sapidus larvae that swamagainst the currentwhen the waterflowvelocitywas3.6cm s–1. [1]

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(c) ComparetheswimmingoftheC. sapiduslarvaeatthedifferentwaterflowvelocities. [2]

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(d) The hypothesis was made that C. sapidus larvae are able to actively move in anydirection to find suitable sites inwhich to settle. Analyse the data to determine if it

supports this hypothesis. [2]

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E2. (a) (i) Thediagrambelowshowsthestructureoftheretina.LabelIandII. [1]

Lightrays

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

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

C.J.Clegg,Introduction to Advanced Biology,2000,p.285.ReproducedbypermissionofHodderEducation.

(ii) Distinguishbetweenrodsandcones. [2]

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–11–

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(Question E2 continued)

(b) Outlinethepupilreflex. [2]

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(c) Discusstheuseofthepupilreflexintestingforbraindeath. [3]

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E3. Discusstheevolutionofaltruisticbehaviourusingonenon-humanexample. [6]

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Option F — Microbes and biotechnology

F1. Removal of toxic heavymetals from industrialwastewater is essential in order to controlenvironmental pollution. Industrialwastewater nearYanbuCity, SaudiArabiawas foundtocontain19speciesofmicroorganismsthatcouldtolerateheavymetals.Theaccumulationof cadmiumions in themostcommonof thesemicroorganisms,Aspergillus fumigatus,was

investigated.

ThegraphbelowshowstheeffectofpHontheabilityofA. fumigatustoabsorbcadmiumionsfromanaqueoussolution.

pH5

pH6

pH4

pH3

Cadmiumion uptake

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100

80

60

40

20

00 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360390 420 450 480

Contacttime/minutes

[Source:adaptedfromSAl-Garni,et al.,(2009),African Journal of Biotechnology,8 (17),pages4163–4172]

(a) DescribethecadmiumionuptakebyA. fumigatus atpH 6. [2]

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(Question F1 continued)

(b) CalculatethedifferenceincadmiumionuptakebetweenpH 4andpH 5at60minutes. [1]

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(c) DiscusstheuseofA. fumigatusfortheremovalofcadmiumionsinpollutedwaters. [2]

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(d) The investigation found that both living and dead A. fumigatus cells were able to

absorb cadmium ions. Suggest an advantage of using dead A. fumigatus cells. [1]

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F2. (a) The electronmicrograph below shows a thin section of theGram-positive bacteriumMicrococcus lysodeikticus.

(i) Compare the cell wall structure of this bacterium with one classified asGram-negative. [2]

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(ii) M. lysodeikticusisachemoheterotroph.Definethetermchemoheterotroph. [1]

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(b) Outline the role of saprotrophic bacteria in the treatment of sewage using reed bedsystems. [2]

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(Question F2 continued)

(c) DistinguishbetweenbacterialinfectionscausedbyChlamydia and Streptococcus. [3]

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F3. Discusstheuseofviralvectorsingenetherapyincludingtherisksinvolved. [6]

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Option G — Ecology and conservation

G1. TheimpactonecosystemsofthelossoflargeherbivorespecieswasstudiedbylookingatplantcommunitiesintwosimilargrasslandecosystemsinSouthAfrica(KrugerNationalPark)andNorth America (Konza, Kansas). Some sites had large herbivore species present and atother sites theywere absent. Themain herbivores were Cape buffalo (Syncerus caffer)inSouthAfricaandbison(Bos bison)inNorthAmerica.Theherbaceousplantsidentifiedweregroupedaseithergrassornon-grass.

ThetableshowsplantabundanceanddiversityinKrugerNationalParkandKonza,Kansas.


(a) AtKonza,grassabundancewas4.4unitsgreaterinareaswheretherewasasinglelargeherbivorespeciesthaninareaswheretherewasnolargeherbivorespecies.

(i) Calculate thedifferenceinnon-grassabundancebetweenareaswithandwithouta largeherbivorespeciesatKonza. [1]

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(Question G1 continued)

(ii) IdentifyifthetrendshownatKonzaisthesameatKruger. [1]

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(iii) Suggest a possible reason for the difference in changes of grass and non-grass abundance. [1]

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(b) CompareplantspeciesdiversityatKrugerandKonza. [2]

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(c) Evaluate the data to determine if a single large herbivore species or multiple largeherbivore species are better for grassland plant community abundance and diversity. [2]

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– 22 – N11/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

G2. In 1988 a fire destroyed large portions of forest in Yellowstone National Park, USA.PhotographAwastakensoonafterthefireandphotographBoneyearlater.Thephotographsareof thesamearea.

PhotographA PhotographB

[Source:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grass_growing_after_fire.jpg,createdbyNationalPark

serviceemployee.]

[Source:http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flowers_Yellowstone_1989.jpg,createdby

NationalParkserviceemployee.]

(a) Identify,withareason,thetypeofsuccessionthathastakenplace. [1]

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(b) Statethemaincharacteristicsofatemperatedeciduousforest. [1]

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(Question G2 continued)

(c) Outline a method that could be used to sample the plant population shown in photographB. [2]

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(d) YellowstoneNationalParkwasthefirstnationalparkintheworldandisadesignatedbiosphere reserve site. Outline the biogeographical features of nature reserves thatpromoteconservationofdiversity. [3]

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G3. Discussinternationalmeasuresthatwouldpromotetheconservationoffishstocks. [6]

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Option H — Further human physiology

H1. Peoplewhoarebornathighaltitude inmountainous regions andcontinue to live there areknownashighlanders. The heart and pulmonary circulation of healthy highlanders showimportantphysiologicalandanatomicalcharacteristics.However,chronicmountainsickness(CMS) isahealthprobleminmountainousregionsaround theworld.

The graph below shows the relationship between pulmonary artery pressure ( PPA ) andarterial oxygen saturation (SaO

2) in healthy highlanders and those with chronic mountain

sicknessinPeru.Themeanvaluesareshownforthesegroupsandalsoforpeoplewholiveatsealevel.


(a) State the relationship between pulmonary artery pressure ( PPA ) and arterial oxygensaturation(SaO

2). [1]

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(Question H1 continued)

(b) Calculate the difference in mean arterial oxygen saturation (SaO2) between healthy

highlandersandsealevelresidents,givingtheunits. [1]

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(c) Comparethepulmonaryarterypressure( PPA )ofhealthyhighlanderswiththepulmonaryarterypressure( PPA )ofhighlanderswithchronicmountainsickness(CMS). [3]

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(d) Usingthedata,suggestapossiblesymptomofchronicmountainsickness(CMS). [1]

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H2. (a) (i) Thediagrambelowshowsasectionthroughtheileum.LabelIandII. [1]

X

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

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

RolandSoper,NigelP.O.Green,G.WilfredStoutandDennisJ.Taylor,Biological Science,1990,p.316,CambridgeUniversityPress.Usedwithpermission.

(ii) OutlinetwoimportantstructuralfeaturesofcellX. [2]

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(Question H2 continued)

(b) Explaintheroleofbileinlipiddigestion. [2]

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(c) Explain why trypsin is initially synthesized as an inactive precursor and how it isactivated. [3]

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H3. DescribethecontrolofADHsecretion. [6]

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BIOLOGY Candidate session number HIGHER LEVEL PAPER 3 · Removal of toxic heavy metals from industrial waste water is essential in order to control environmental pollution. Industrial