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2210-6015 24 pages

M10/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ2/XX+

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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(ii) Identifythechangeinthepatternofdiversityofthepopulations.

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(b) Estimate the percentage increase of the population diversity from the stage of theinitialinfectiontothediversity12yearslater.

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(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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(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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(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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(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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1 0 2 4

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E3. Explainsympatheticandparasympatheticcontrolofbloodflowtothegut.

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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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(b) Statethenameofonebacteriumthatcouldberesponsiblefornitrificationlevels.

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(Question F1 continued)

(c) Using the data, explain what could account for the low levels of ammonia after theMoranfire.

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F2. (a) (i) Listtwomicroscopiceukaryotes.

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(ii) Outlinethediversityofmicroscopiceukaryotes.

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(b) Statetwomicrobesusedfortheproductionoftwonamedfoods.

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(c) Explaintheuseofbacteriainbioremediationforonespecificsubstancecontaminatingsoilorwater.

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F3. Discusstheoriginandepidemiologyofone namedexampleofapandemic.

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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

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20

10

0

<1900

1900–1909

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[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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(Question G1 continued)

(b) Suggestareasonwhyalienplantandfungiinvasionisgreatestintheterrestrialecosystem.

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(c) Identifyhowinvasionofmarinewatersbyalieninvertebratesmightoccur.

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(d) Discusstheimpactofalienspeciesonecosystems.

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G2. (a) Distinguishbetweenfundamentalnichesandrealizedniches.

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(b) Outlinethechangesinspeciesdiversityandproductionduringprimarysuccession.

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(c) Outline,usingexamples, the biogeographical features of nature reserves that promotetheconservationofdiversity.

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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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(ii) Identifythelowestrenaltubulardamagevalueinmen.

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Turn over


(Question H1 continued)

(b) Comparethecorrelationbetweenhepaticandrenalfunctionsformenandforwomen.

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(c) Thescientistswhoconductedthestudyhypothesizedthatexposuretocadmiumcausestoxicityinbothhepaticandrenalfunctions.Usingthedata,evaluatethehypothesis.

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H2. (a) Distinguishbetweenthemodeofactionofproteinhormonesandsteroidhormones.

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[2]

(b) Labeltheindicatedstructuresinthemicrographofexocrineglandcellsbelow. [2]

I.

II.

[Source:www.pathguy.com/histo/074.jpg.ReprintedwiththepermissionofEdFriedlander,KansasCityUniversityofMedicineandBiosciences.]

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

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–23–

Turn over


(Question H2 continued)

(c) Outlinethecontrolofthesecretionofgastricjuicebynervesandhormones.

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[4]

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H3. Explain,withtheuseofadiagram,theroleoftheBohrshiftinthesupplyofoxygentorespiringheartmuscle. [6]

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