Biology Candidate session number STANDARD level PAPeR 3SL... · Biology STANDARD level PAPeR 3...

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


(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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0332


A2. (a) Outlinetheimportanceoffibreasacomponentofabalanceddiet. [3]

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(b) Distinguishbetweenmineralsandvitamins. [1]

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(c) Explainhowdietcanreducetheconsequencesofphenylketonuria(PKU). [3]

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0432

–5–

Turn over


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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0532


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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0632

–7–

Turn over


(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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0732


B2. (a) Comparethemovementsofthehipjointandthekneejoint. [2]

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(b) Comparethedistributionofbloodflowinthehumanbodyatrestandduringexercise. [2]

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(c) Evaluatetheuseoferythropoietin(EPO)toimproveperformanceinsports. [2]

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0832

–9–

Turn over


B3. (a) Drawalabelleddiagramtoshowthestructureofasarcomere. [3]

(b) Describehowskeletalmusclecontracts. [3]

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0932


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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1032

–11–

Turn over


(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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1132


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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C3. Explainthesignificanceofpolarandnon-polaraminoacidsinproteins. [3]

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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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1432

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(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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D2. (a) Discussthedefinitionofthetermspecies. [3]

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(b) Outlineallopatricandsympatricspeciation. [2]

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D3. (a) Outlinetheprocessofadaptiveradiation. [3]

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(b) Discusstheimportanceofculturalevolutionintherecentevolutionofhumans. [3]

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1732


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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1832

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(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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


2032

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(Question E2 continued)

(c) (i) Comparerodandconecells. [3]

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(ii) Explainsympatheticandparasympatheticcontrolofthemovementoftheiris. [2]

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2132


E3. (a) Definethetermreflexinanimalbehaviour. [1]

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(b) Outlinethemainrolesofmotor,sensoryandrelayneuronsinaspinalreflexarc. [3]

Main role

Motorneuron

Sensoryneuron

Relayneuron

2232

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2332


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

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(Question F1 continued)

(b) Comparetheeffectofthe80°CheattreatmentoncoliphagesandS. choleraesuis. [2]

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(c) Discuss whether the heat treatment should be continued beyond 60 minutes if thistechniqueweretobeusedinsewagetreatmentplants. [2]

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(d) Inmanyareas,sewageisdischargeddirectlyintotheenvironment.State twopotentialenvironmentalconsequencesofreleasingsewageintorivers [2]

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2532


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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2632

–27–

Turn over


(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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2832

–29–

Turn over


(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]

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(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]

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(b) Explainhowtemperatureandterritoryaffectthedistributionofanimalspecies. [4]

Temperature:

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Territory:

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