m114biolohp3engtz2xx - ib documents

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


(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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0328



(c) Comparethetwospeciesintermsofgeneticdistancebetweenthepairsofcolonies. [2]

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(d) DatacollectedoneightspecificallelesinthetwospeciesindicatedthateachspecieswasinHardy–Weinbergequilibrium.Evaluateall thedataregardingpossibleevolutionarychangeswithin the twospecies. [2]

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0428

–5–

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D2. (a) (i) Distinguishbetweentransientpolymorphismandbalancedpolymorphism. [2]

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(ii) Stateanexampleoftransientpolymorphism. [1]

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(b) Describeanexampleofabarrierbetweengenepools. [2]

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0528



(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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Pleasedo notwriteonthispage.

Answerswrittenonthispagewillnotbemarked.

0728


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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(Question E1 continued)

(c) EvaluatetheeffectoftherecordedcolonysoundsonthereproductivepatternoflayingeggsinZebrafinches. [3]

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0928


E2. (a) Identifythepartsofthebrainindicatedonthediagrambelow. [2]

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

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

III. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

PatrickJ.Lynch,medicalillustrator;C.CarlJaffe,MD,cardiologist

(b) Outlinetheunconsciouscontroloftheheartrate. [3]

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1028

–11–

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(Question E2 continued)

(c) Describedifferentaspectsoftheprocessingofvisualstimuli. [3]

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1128


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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(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

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F3. Discussthecause,epidemiologyandproblemsofcontrolofanamedpandemic. [6]

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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


1828

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(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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(d) Describe the possible effects of the presence of cadmium in food chains involvingthesearthropods. [2]

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2028

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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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2128



(b) Defineindicator species. [1]

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(c) Outline,withanamedexample,biologicalcontrolofinvasivespecies. [2]

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2228

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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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(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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H3. OutlinetherolesofgastricacidandHelicobacter pyloriinthedevelopmentofstomachulcersandstomachcancers. [6]

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