2210-6018

28 pages

M10/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ2/XX+

Tuesday 18 May 2010 (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 2010

0128

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2210-6018

–2–

M10/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ2/XX+

Option A — Human nutrition and health

A1. Body mass index (BMI) is an important indicator of health. The relationship between a

highBMIandpercentageriskofdevelopingtypeIIdiabeteswasstudiedandthefollowing

datapresented.

Key:

women

men

Age-adjusted

relativerisk

/%

100

90
80
70
60
50
40
30
20
10

0

<22 <23 23

24

25

27 29

31

33 35+

BMI/kgm

–2

[Source:adaptedfromJChan,et al.,(1994),Diabetes Care,17,page961and

GColditz,et al.,(1995),Annals of Internal Medicine,122,page481]

(a) DescribetheeffectofincreasedBMIontheriskofdevelopingtypeIIdiabetes.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[2]

(b) IdentifytheriskofdevelopingtypeIIdiabetesinmenwithaBMIof33kgm

–2

.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(c) Determine, by indicating on the graph, the range of age-adjusted relative risk for

womenwhoareoverweight but not obese.

[1]

(This question continues on the following page)

0228

2210-6018

–3–

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(Question A1 continued)

(d) Explain the dietary advice that should be given to a patient who has developed

typeIIdiabetes.

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[4]

A2. (a) Distinguish between the composition of human milk and artificial milk for

bottle-feedingbabies.

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[2]

(b) Stateamaindietarysourceofcarbohydratesintwonamedethnicgroups.

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[2]

(c) Explainpossiblehealthconsequencesofdietsrichinfats.

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[3]

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A3. (a) StateasourceofvitaminDinahumandiet.

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[1]

(b) DiscussexposuretosunlightasasourceofvitaminD.

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[2]

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Blankpage

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–6–

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Option B — Physiology of exercise

B1. The VO

2

max was studied for a person exercising on a treadmill. Data was collected for

13minutes of progressively faster and steeper running until a peak VO

2

was reached.

Time /

mins

VO

2

per kg /

mlmin

–1

kg

–1

Heart rate /

beats min

–1

Ventilation rate /

breaths min

–1

00:47

27.4

126

26.0

02:17

36.6

134

26.0

03:47

40.9

140

26.5

05:17

45.6

149

32.2

06:46

49.2

153

31.1

08:17

53.1

162

34.0

09:47

57.2

167

37.1

11:17

59.2

172

38.4

12:47

62.4

176

41.8

13:17

63.2

177

42.9

[Source:adaptedfromrawdataobtainedfromsportsexhibitionatTorontoScienceCentre(1989)]

(a) StatethemaximumVO

2

perkgforthissubject.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[1]

(b) Determinewhichhashadagreaterpercentageincrease,ventilationrateorheartrate,

duringthedurationoftheexercise.Showyourworking.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[2]

(c) Thesubjectweighed70.0kgatthetimeofthisexercise.CalculatetheVO

2

max.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(This question continues on the following page)

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–7–

Turn over

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(Question B1 continued)

(d) Evaluatethelimitationsofthedataprovidedbythisresearch.

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[2]

B2. (a) (i) Definestroke volume.

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[1]

(ii) Definecardiac output.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(b) Asfitnessincreases,aperson’sheartratedrops.Suggestareasonforthisphenomenon.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(c) Describedistributionofbloodflowatrestandduringexercise.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[3]

0728

2210-6018

–8–

M10/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ2/XX+

B3. (a) StatetwomethodsofATPproductionusedbymusclesduringintenseexercise.

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[2]

(b) Discusstheethicsofusingperformance-enhancingsubstances.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[4]

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–10–

M10/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ2/XX+

Option C — Cells and energy

C1. Primary production is directly related to the amount of photosynthesis that occurs in a

cubic metre of water. In the waters around Bermuda

(32



N)

in the Atlantic Ocean,

microscopic phytoplankton are the producers. They use trace nutrients from seawater in

their metabolism. These nutrients are a limiting factor in total population size. A dense

phytoplankton population makes the water cloudy. The data shows primary production

perdayforeachmonthfor the year 2000 at different water depths.

Key:

1

m

40

m

100

m

140

m

Primary

production/

mgm

–3

day

–1

18
16
14
12
10

8
6
4
2
0

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Month

[Source:adaptedfromDataStremeOcean(2004)CopyrightAmericanMeteorologicalSociety.Usedwithpermission]

(a) Statethemonthwhentotalphotosynthesiswasgreatest.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

[1]

(b) Identify,withareason,thewaterdepththatreceivesnolight.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(c) In the upper 40m there is a drop in photosynthesis from March to June. This is

probablyduetolackofnutrients,reducingthepopulationdensity.

Suggest, with a reason other than nutrient levels, what might have increased

photosynthesisat100mfromApriltoAugust.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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[1]

(This question continues on the following page)

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2210-6018

–11–

Turn over

M10/4/BIOLO/SP3/ENG/TZ2/XX+

(Question C1 continued)

(d) CompareproductioninMarchwithproductioninSeptember.

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[3]

C2. (a) Drawalabelleddiagramshowingthestructureofamitochondrionasseeninelectron

micrographs.

[4]

(b) Explaintherelationshipbetweenthestructureofthemitochondrionanditsfunction.

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C3. (a) Listthreefunctionsofproteins,givinganamedexampleofeach.

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(b) Explainthesignificanceofpolaraminoacidsandnon-polaraminoacidsinmembranes.

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Option D — Evolution

D1. The HIV virus has a high rate of mutation. Scientists studied the evolution of this virus

in a small group of men with a slow rate of disease progression for a period of 12 years.

The viral divergence from the original viral population and the diversity within the

populationswererecordedovertheyears.

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 viral

population.

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(ii) Identifythechangeinthepatternofdiversityofthepopulations.

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

initialinfectiontothediversity12yearslater.

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[2]

(c) Using the data provided, suggest how the change in divergence and diversity of

viralRNAmaybeofevolutionarybenefittotheHIVvirus.

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D2. (a) Outlinetheprocessofadaptiveradiation.

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[3]

(b) Therehasbeenachangeofthinking;movingfromgradualismtopunctuatedequilibrium

demonstratesthechangingnatureofscience.Discussthesetwoideasaboutthepace

of evolution.

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D3. (a) Outline,usingnamedhominidfossilspecies,trendsinhominidskullevolution.

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(b) Discussthecorrelationbetweendietandbrainsize.

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Option E — Neurobiology and behaviour

E1. Drugabuseandalcoholabuseareneurobehaviouraldisordersofcomplexorigin.Ahuman

genehasbeenidentifiedthatencodesthemainenzyme(FAAH)forinactivatingcannabinoid

(THC). A mutation in this gene can occur and the homozygous mutation allows normal

catalyticactivityofFAAHbutmakestheFAAHmorelikelytobebrokendown.Astudywas

conducted to test for the presence of the homozygous FAAH mutation in relation to drug

andalcoholabuse.Fourdifferentgroupswereformedbasedontheiruseofdrugsandalcohol.

Percentageof

homozygotes

22
20
18
16
14
12
10

8
6
4
2
0

Key:

Group1:Controlnodrug/

noalcoholuse

Group2:Problemuserof

drugsoralcohol

Group3:Druguseronly
Group4:Alcoholuseronly

Group1

Group2

Group3

Group4

N

=

1737

N

=

80

N

=

233

N

=

68

[Source:adaptedfromJCSipeetal“Amissensemutationinhumanfattyacidamidehydrolaseassociatedwithproblemdruguse”(2002)

PNAS,99(12),pp.8394–99:Figure1(adapted).Copyright2002NationalAcademyofSciences,USA]

(a) Identifythepercentageofhomozygotesamongdrugusersonly.

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(b) Calculatetheactualnumberofhomozygotesingroup2.

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(This question continues on the following page)

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(Question E1 continued)

(c) Evaluatetheevidencetosupportthehypothesisthatthepresenceofthehomozygous

mutationisariskfactorindrugandalcoholuse.

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(d) Suggestareasonforthehighincidenceofhomozygotesamongdrugandalcoholusers.

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E2. (a) Listtwogroupsofsensoryreceptors,givingthestimuluseachperceives.

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[2]

(b) Explaintheprocessingofvisualstimuli.

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E3. (a) Distinguish,usingexamples,betweeninnatebehaviourandlearnedbehaviour.

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(b) Usingtwoexamples,discusshowtheprocessoflearningcanimprovesurvival.

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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 the Glade fire there was destruction to the tops of trees while the Moran fire destroyed

ground level species. After these fires, the overall nitrogen levels for ammonification

(formationofammonia)andnitrificationinthesoilweremeasuredyearly.

Ammonification

mgNkg

soil

–1

yr

–1

2

0

–2

–4

–6

–8

–10

–12

Nitrification

mgNkg

soil

–1

yr

–1

20

15

10

5

0

Glade

Moran

fire

fire

2000

2000

2001 2002 2003

to

to

to

2002 2003 2004

MGTurner,et al.,(2007),PNAS,104(12),pages4783–4789]

[Source:adaptedfromMonicaGTurner:InauguralArticle“Inorganicnitrogenavailabilityafterseverestand-replacingfireintheGreater

Yellowstoneecosystem”(2007)PNAS,104(12),pages4782–89:Figure3.Copyright2007NationalAcademyofSciences,USA]

(a) (i) Identifytheyearswhenthemostammonificationoccurred.

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[1]

(ii) CalculatethenetnitrogenlevelinthesoilfortheyearoftheMoranfire.

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[1]

(b) Statethenameofonebacteriumthatcouldberesponsiblefornitrificationlevels.

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(Question F1 continued)

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

Moranfire.

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[3]

F2. (a) Statethenamesofthethreedomains,givingamicrobialexampleofeach.

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[3]

(b) Traditional classification separates organisms into two groups: prokaryotes and

eukaryotes.Explainthereasonsforreclassificationoflifeintothreedomains.

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[2]

(c) Distinguishbetweenthetwodomainsofprokaryotes.

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F3. (a) Genetherapymayoffercuresforinheriteddiseasesand,perhaps,improvequalityoflife.

Distinguishbetweensomaticandgermlinetherapy.

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[2]

(b) Discussrisksofgenetherapy.

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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 Ecosystem

Numberofalienspecies

Numberofalienspecies

Numberofalienspecies

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

50

40

30

20

10

0

50

40

30

20

10

0

<1900

1900

–1909

1910

–1919

1920

–1929

1930

–1939

1940

–1949

1950

–1959

1960

–1969

1970

–1979

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1900

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1990–1999

[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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[1]

(ii) Describe the general pattern of the numbers of alien species in terrestrial and

marineecosystems.

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(Question G1 continued)

(b) Suggestareasonwhyalienplantandfungiinvasionisgreatestintheterrestrialecosystem.

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[1]

(c) Identifyhowinvasionofmarinewatersbyalieninvertebratesmightoccur.

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[1]

(d) Discusstheimpactofalienspeciesonecosystems.

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[3]

G2. (a) Listfourfactorsthataffectthedistributionofplantspecies.

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[4]

(b) Describeoneeffectofplantsonanabioticfactorinapioneercommunity.

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G3. (a) Statethenameofastatisticalmethodusedtoquantifychangesinbiodiversity.

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[1]

(b) Discussreasonsforconservationofbiodiversityofanamedecosystem.

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