BIOLOGY STANDARD LEVEL PAPER 3 - Papers | XtremePapers · BIOLOGY STANDARD LEVEL PAPER 3 INSTRUCTIONS TO CANDIDATES • Write your session number in the boxes above. • Do not open

8809-6006 26 pages

N09/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ0/XX

Wednesday 11 November 2009 (morning)

BIOLOGY

STANDARD 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 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

Candidate session number

0 0

© International Baccalaureate Organization 2009

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Option A — Human nutrition and health

A1. Zinc (Zn) is an important dietary nutrient. More than 200 enzymes that are dependent onzinc have been identified. One consequence of zinc deficiency is suppression of appetite,duetoreducedsensitivitytotastesandsmells.Arecentstudycomparedthepresenceofzincin tissue and fluid samples collected from 15 patients with anorexia nervosa to that from15controlpatients. Theresultsareshownin thegraphsbelow.

WholeBlood ScalpHair

Zinccontent/μgg–1

12

10

8

6

4

2

300

250

200

150

100

50

Key: control anorexianervosapatients mean

[Source:adaptedfromTETuormaa,(1995),Journal of Orthomolecular Medicine,10,pages149–164]

(a) Compare the zinc content of scalp hair of the control group with that of theanorexianervosagroup.

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(This question continues on the following page)

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(Question A1 continued)

(b) Discusswhetherwholebloodzinccontentof6μgg–1wouldindicate thatapersonhasanorexianervosa.

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(c) Discuss whether dietary zinc supplementation would be an effective treatment foranorexianervosa.

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(d) Zincisamineral.Distinguishbetweenamineralandavitamin.

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(e) Statethebodymassindex(BMI)belowwhichapersonisconsideredtobeunderweight.

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A2. (a) Stateoneconsequenceofproteindeficiencymalnutrition.

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(b) Outlinethereasonsforincreasingratesofclinicalobesityinsomecountries.

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(c) Discusswhetherconsumersshouldchoosefoodstominimizefoodmiles.

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A3. Outlinethevariationinthestructureoffattyacids.

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Option B — Physiology of exercise

B1. A build-up of hydrogen ions (H+) in muscles causes a condition known as acidosis.Anaerobic cell respiration of glucose in the muscles leads to the production of lactateandH+.OnemoleculeofglucoseisconvertedintotwolactateionsandtwoH+(a1:1ratioof lactate toH+).

The development of acidosis during intense exercise has traditionally been explained bythe increasedproductionof lactateandH+fromthebreakdownofglucose. Thishypothesishas led to the interpretation that anaerobic cell respiration causes acidosis which leads tomuscle fatigue during intense exercise. The graph below shows the quantities of H+ andlactate released from contractingmuscles during vigorous exercise.

RateofreleaseofH++lactate/mmolmin–1

50

40

30

20

10

0

Key:

H+

Lactate

0 2 4 6 8 10 12 Time/min

[Source:Figure6,CarstenJuel,ChristinaKlarskov,JensJungNielsen,PeterKrustrup,MagniMohr,JensBangsbo.“Effectofhigh-intensityintermittenttrainingonlactateandH+releasefromhumanskeletalmuscle.”

American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism286:E245-E251,2004.FirstpublishedOctober14,2003;10.1152/ajpendo.00303.2003.Usedwithpermission.]

(a) Compare the rate of release of lactate with the rate of release of H+ in contractingmuscles during vigorousexercise.

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(b) Evaluate thehypothesis that acidosis inmuscles isdue entirely toH+ productionasaresultofanaerobicglucosebreakdown.

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(Question B1 continued)

(c) Predicttheresultsifthedatahadbeencollectedbeyond12minutes.

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B2. (a) Drawalabelleddiagramtoshowthestructureofaskeletalmusclesarcomere. [3]

(b) Outlinetheroleofmyoglobininmusclefibres.

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B3. (a) Outline the relationship between the intensity of exercise and the proportions ofcarbohydrateandfatusedinrespiration.

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(b) Comparethedistributionofbloodflowatrestandduringexercise.

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(c) Discussspeedandstaminaasmeasuresoffitness.

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Option C — Cells and energy

C1. Thegraphbelow shows the results of an experiment to determine the effect of salt (NaCl)concentration on photosynthesis of the freshwater green alga Chlorella vulgaris. Theexperiment attempted to determine the effect of salt concentration on the light-dependentreactionsoverallandseparatelyonphotosystemIandphotosystemII.

Photosyntheticactivity/

%ofactivityat0.0moldm–3

100

80

60

40

20

0

Key:

photosystemI light-dependentreactionsoverall photosystemII

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Saltconcentration/moldm–3

[Source:MMEl-Sheekh,“InhibitionofthewatersplittingsystembysodiumchloridestressinthegreenalgaChlorella vulgaris”,Brazilian Journal of Plant Physiology,Volume16,Issue1,Figure1,(2004)]

(a) Describetheeffectofsaltconcentrationontheactivityofthelight-dependentreactionsoverall.

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(b) Compare the effect of increasing salt concentration on photosystem I with the effectonphotosystemII.

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(c) When salt concentration is increased, some algal cells increase their rates ofcyclic photophosphorylation.Deducethereasonsforthis.

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(Question C1 continued)

(d) Using the graph, predict the effect of high salt concentration on the growth ofChlorella vulgaris.Giveareasonforyouranswer.

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C2. (a) Stateoneexampleofafibrousprotein.

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(b) Distinguishbetweenthesecondarystructureandtertiarystructureofproteins.

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(c) Explainwhatismeantbyallostericinhibition.

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C3. (a) State the location of high proton concentration caused by electron transport inthemitochondrion.

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(b) Outlinetheroleofoxygenincellularrespiration.

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(c) Explainhowanytwostructuralfeaturesofthemitochondrionarerelatedtoitsfunction.

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Option D — Evolution

D1. The soapberry bug (Jadera haematoloma) feeds on the seeds of plants from the soapberryfamily(Sapindaceae).Itdoesthisbypenetratingthefruitcontainingtheseedswithmouthpartscalled the proboscis. The diagrams below show sections through the fruits taken fromtwomembersoftheSapindaceaefamily.

seed

seed

Cardiospermumcorindum

(nativespecies)Koelreuteriaelegans

(introducedspecies)

[Source:adaptedfromSPCarrollandCBoyd,(1992),Evolution,46,pages1052–1069]

In Florida,Cardiospermum corindum is native to the area whileKoelreuteria elegans is aspeciesthatwasintroducedinthe1890sandisnowcommoninFlorida.ThegraphbelowshowsproboscislengthsofsamplesofadultfemalesoapberrybugsinFloridabetween1880and1980.

Proboscislength/mm

9.0

8.5

8.0

7.5

7.0

6.5

6.0

5.5

1880 1900 1920 1940 1960 1980 Year

[Source:AdaptedfromSPCarrollandCBoyd,“Hostraceradiationinthesoapberrybug:Naturalhistory,withthehistory”,Evolution,Vol46,pages1052-1069.©JohnWiley&Sons]


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(Question D1 continued)

(a) Comparethefruitofthenativespecieswiththatoftheintroducedspecies.

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[2]

(b) (i) Outlinethetrendsinproboscislengthinsoapberrybugsshowninthegraph.

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[2]

(ii) Explainhowthechangeinproboscislengthcouldhaveoccurred.

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[3]

D2. (a) StatetheconclusiondrawnfromtheMiller-Ureyexperiment.

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[1]

(b) Outline two pieces of evidence that support the endosymbiotic theory for the originof eukaryotes.

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D3. (a) Comparesympatricspeciationandallopatricspeciation.

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[2]

(b) (i) Stateone speciesinthegenusAustralopithecus.

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[1]

(ii) For this species, state the geographical distribution and approximately howmanyyearsago it lived.

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[2]

(c) Discusstheconceptofpunctuatedequilibrium.

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Option E — Neurobiology and behaviour

E1. Cooperative breeding in birds occurs whenmore than two birds of the same species helpto rear the young fromone nest. For theAustralian superb fairy-wren (Malurus cyaneus),maturenon-breedingbirdshelp toprotectandrear theyoung,althoughtheyarenotparentsofanyof them.

The bar charts below show the effect of the presence of helpers on mean egg volume,meanmassofsix-day-oldchicksandtheprobabilityofsurvivalofthebreedingfemalesuntilthenextbreedingseason.

Meaneggvolume/mm3

1350

1300

1250

1200

1150

0

Meanchickmass/g

10

9

8

7

6

5

0 Parents Parents only +helpers

Parents Parents only +helpers

Survivalprobabilityofbreedingfemale

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.0 Parents Parents only +helpers

[Source:adaptedfromAFRussell,et al.,(2007),Science,317,pages941–944]


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(Question E1 continued)

(a) Statetheeffectofthepresenceofthehelperson

(i) meanchickmass.

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[1]

(ii) theprobabilityofsurvivalofthebreedingfemalesuntilthenextbreedingseason.

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[1]

(b) Calculatethepercentagedecreaseinmeaneggvolumefoundinthepresenceofhelpersascomparedtotheparentsonly.Showyourworking.

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[2]

(c) Withreferencetothedata,suggestwhytheactivityofthehelperaffectstheprobabilityofsurvivalofthebreedingfemaleuntilthenextbreedingseason.

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[2]

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E2. (a) Comparerodsandcones.

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[3]

(b) Explain the role of receptors, sensory neurons andmotor neurons in the response ofanimalstostimuli.

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[3]

(c) Listfourgeneralkindsofsensoryreceptor.

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

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

3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[2]

E3. (a) Distinguishbetweenaconditionedresponseandanunconditionedresponse.

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[2]

(b) Explaintheeffectoftetrahydrocannabinol(THC)onbrainfunction.

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Blankpage

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Option F — Microbes and biotechnology

F1. Probiotics are live microorganisms that can have beneficial effects when ingested.Likeantibiotics,theycanreducetheeffectofpathogensinthegut.Duringexperimentaltrials,theprobioticsBifidobacterium pseudolongumandLactobacillus acidophilusweregivenorallytonewbornpiglets.

The effects of both probiotics on increase in body mass were measured at 28 days andcompared to control piglets who were not given probiotics. The mean results are shownin the bar chart below.

Bodymassgain/kg

7

6

5

4

3 Control B. pseudolongum L. acidophilus

[Source:adaptedfromFAbe,et al.,(1995),Journal of Dairy Science,78,pages2838–2846]

The bar charts below show the effect of probiotics on the survival of the newborn piglets.Therewere20piglets ineachof thegroups.

Survivalrate/%

11010090

80

7060

5040

0

Control

Survivalrate/%

11010090

80

7060

5040

0

Probiotics

2 4 6 810121416182022242628 2 4 6 810121416182022242628Day Day

[Source:adaptedfromFAbe,et al.,(1995),Journal of Dairy Science,78,pages2838–2846]


2 0 2 6

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(Question F1 continued)

(a) Calculate the difference in body mass gain between the control group and theL. acidophilusgroup.

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(b) Calculatethenumberofpigletsthatdiedbytheendofday20inthecontrolgroup.

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(c) Evaluate, using the data in all of the bar charts, the evidence for the benefits ofusingprobiotics.

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(d) Suggestone advantageofusingprobiotics rather thanantibiotics to reducetheeffectsofdisease-causingpathogens in thepiglets.

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(e) Probioticsresideinintestines.StatethenameofonegroupofArchaeathatcanbefoundinanimalintestines.

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F2. Theelectronmicrographbelowshowsapathogen.

Envelopesurroundingcapsid

RNA

[Source:ProfessorFrederickAMurphy(UniversityofTexasMedicalBranch).Reprintedwithpermission.]

(a) Identify the type of pathogen shown in the electron micrograph, giving reasons foryour answer.

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(b) Outlinetheuseofviralvectorsingenetherapy.

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F3. (a) Statetwofuelsthatcanbeproducedfrombiomassusingmicrobes.

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(b) ExplainthesignificanceofSaccharomycesintheproductionofbread.

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(c) DistinguishbetweenSaccharomycesandChlorellaintermsofmodeofnutrition.

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Option G — Ecology and conservation

G1. A colony of a marine diving bird, Brunnich’s guillemot (Uria lomvia), lives on thesouthern limits of the Arctic on Coats Island. Brunnich’s guillemots feed principally onArcticcod(Arctogadus glacialis)whicharecharacteristicofArcticwaters.

ThegraphshowsthechangesinicecoveronCoatsIslandoveraperiodof19years.

Proportionofareaicecoveredon16July

0.6

0.4

0.2

0.0 1986 1991 2001 Year

[Source:adaptedfromAGaston,et al.,(2005),Journal of Animal Ecology,74,pages832–841]

(a) (i) Outlinethechangesinicecovershowninthedataabove.

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(ii) Suggestonereasonforthechangesinicecover.

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(Question G1 continued)

AtCoatsIsland,chickmassat14dayswasmeasuredinmostyearsbetween1988and2002.Thescattergraphbelowshowstheresults,plottedagainstproportionoficecover.

Massofchicksat14days/g

220

210

200

190

180 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 Proportionoficecoveron16July

[Source:adaptedfromAGaston,et al.,(2005),Journal of Animal Ecology,74,pages832–841]

(b) (i) Outlinetherelationshipbetweenicecoverandthemassof14-day-oldchicksonCoatsIsland.

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(ii) Suggestreasonsfortherelationship.

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(c) Predict,withareason,thechangeinthemassofchicksintheyearsahead.

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G2. (a) Outlineoneexampleofherbivory.

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(b) Statetheunitsusedinapyramidofenergy.

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(c) Explainthesmallbiomassoforganismsinhighertrophiclevels.

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G3. (a) Discuss the impacts of a named alien species introduced as a biological controlmeasure.

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(b) Outlinetheeffectsofultravioletradiationonlivingtissues.

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