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8809-6003 21 pages

N09/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

Wednesday 11 November 2009 (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 2009

0 1 2 1

8 8 0 9 6 0 0 3

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–2– N09/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ0/XX

Option D — Evolution

D1. The soapberry bug (Jadera haematoloma) feeds on the seeds of plants from thesoapberry family (Sapindaceae). It does this by penetrating the fruit containing the seedswith mouthparts called the proboscis.

The diagrams below show sections through the fruits taken from four members of theSapindaceaefamily.

Native species Introduced species

Florida

seed

seed

Cardiospermumcorindum Koelreuteriaelegans

South Central United States

Sapindussaponaria Koelreuteriapaniculata

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

In Florida,Cardiospermum corindum is native to the areawhileKoelreuteria elegans is aspeciesthatwasintroducedinthe1890sandisnowcommoninFlorida.IntheSouthCentralUnitedStates,Sapindus saponaria is nativewhileKoelreuteriapaniculata is an introducedspecieswhichhasbecomemorecommonoverthepast70years.

(This question continues on the following page)

0 2 2 1

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–3–

Turn over


(Question D1 continued)

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]

(a) (i) Outlinethetrendsinproboscislengthinsoapberrybugsshowninthegraph.

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[2]

(ii) Explainhowthechangeinproboscislengthcouldhaveoccurred.

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(Question D1 continued)

(b) Suggest,givingareason,theexpectedtrendintheproboscislengthofthesoapberrybugintheSouthCentralUnitedStatesoverthepast70years.

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D2. (a) Comparesympatricspeciationandallopatricspeciation.

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(b) Defineanalogouscharacteristicsusingoneexampletoillustrateyouranswer.

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

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(d) Listtwo anatomicalfeaturesthatdefinehumansasprimates.

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D3. Explainthebiochemicalevidenceforthecommonancestryoflivingorganisms.

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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,although theyarenotparentsofanyof 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:FromAFRussell,et.al.,(2007),Science,317,pages941-944.ReprintedwithpermissionfromAAAS.]


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(Question E1 continued)

(a) Statetheeffectofthepresenceofthehelperson

(i) meanchickmass.

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(ii) theprobabilityofsurvivalofthebreedingfemalesuntilthenextbreedingseason.

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(b) Calculatethepercentagedecreaseinmeaneggvolumefoundinthepresenceofhelpersascomparedtotheparentsonly.Showyourworking.

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[2]

(c) Withreferencetothedata,suggestwhytheactivityofthehelperaffectstheprobabilityofsurvivalofthebreedingfemaleuntilthenextbreedingseason.

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(d) Cooperative breeding is an altruistic behaviour. Outline the evolution of altruisticbehaviour.

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E2. (a) Explaintheroleoftheneuronsusedinthepainwithdrawalreflex.

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(b) Distinguishbetweentaxisandkinesis.

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(c) Stateoneeffectoftetrahydrocannabinol(THC)onbrainfunction.

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–9–

Turn over


E3. Discusstheconceptofbraindeathandtheuseofthepupilreflexintestingforbraindeath.

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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:JOURNALOFDAIRYSCIENCEbyFumiakiAbe.©1995byAMERICANDAIRYSCIENCEASSOCIATION/ADSA.ReproducedwithpermissionofAMERICANDAIRYSCIENCE

ASSOCIATION/ADSAintheformatCDROMviaCopyrightClearanceCenter.]

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

Survivalrate/%

1101009080706050400

Control

Survivalrate/%

1101009080706050400

Probiotics

2 4 6 810121416182022242628 2 4 6 810121416182022242628Day Day

[Source:JOURNALOFDAIRYSCIENCEbyFumiakiAbe.©1995byAMERICANDAIRYSCIENCEASSOCIATION/ADSA.ReproducedwithpermissionofAMERICANDAIRYSCIENCE

ASSOCIATION/ADSAintheformatCDROMviaCopyrightClearanceCenter.]


1 0 2 1

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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) Outline the use of antibiotics as a medicine using a named mechanism for howantibioticswork.

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F2. (a) DistinguishbetweenthecellwallsofGram-positiveandGram-negativebacteriausingthe tablebelow. [2]

Bacteria Peptidoglycan content

Gram-positive

Gram-negative

(b) Stateoneexampleofachemoautotroph.

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(c) Drawalabelleddiagramofafilamentouscyanobacterium. [3]

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F3. Discusstherisksofgenetherapyincludingsafety,conflictofinterestandethicalarguments.

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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:AGaston,etal.,“Climatechange,iceconditionsandreproductioninanArcticnestingmarinebird:Brunnich’sguillemot(UrialomviaL.)”,Journal of Animal Ecology,Volume74,number5,pages832-841.©JohnWiley&Sons,Inc.Reproducedwithpermission.]

(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:AGaston,etal.,“Climatechange,iceconditionsandreproductioninanArcticnestingmarinebird:Brunnich’sguillemot(UrialomviaL.)”,Journal of Animal Ecology,Volume74,number5,pages832-841.©JohnWiley&Sons,Inc.Reproducedwithpermission.]

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

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(ii) Suggestreasonsfortherelationship.

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(c) Predict,withareason,thechangeinthemassofchicksintheyearsahead.

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[1]

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G2. (a) (i) Definebiomagnification.

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(ii) Outlineanamed exampleofbiomagnification.

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(b) Outlinethecharacteristicsofatropicalrainforestbiome.

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G3. Discuss international measures that would promote the conservation of fish, includingmethods used to measure conservation of fish stocks.

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Option H — Further human physiology

H1. Helicobacter pyloriisabletoliveinsidethestomachwallofhumans.Thisbacteriumcancauseinflammationofthestomachwall(gastritis).TheremaybealinkbetweenH. pyloriandthedevelopmentofstomachcancer.

ThegraphbelowshowsthebloodlevelsofantibodiesresultingfromH. pylori infectionfora control groupwithout stomach cancer and a groupwith stomach cancer. The solid linesshow themedian concentrations for the control group and the groupwith stomach cancer.Antibodyconcentrationsabove10μgml–1indicatethattherehasbeeninfectionwithH. pylori.

Bloodlevelsofantibodies/μgml–1

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 Controlgroup Groupwith stomachcancer

[Source:ReproducedfromDForman,DGNewell,FFullertonetal.,“AssociationbetweeninfectionwithHelicobacterpyloriandriskofgastriccancer:evidencefromaprospectiveinvestigation”,Bristish Medical Journal,Volume302,Number6788,(1991)withpermissionof

BMJPublishingGroupLtd.]


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(Question H1 continued)

(a) 47%ofthecontrolgrouphadbeeninfectedwithH. pylori.Calculatethepercentageofthegroupwithstomachcancerthathadbeeninfected.Showyourworking.

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[2]

(b) Usingallofthedata,evaluatethehypothesisthatH. pyloricausesstomachcancer.

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(c) A study in gerbils indicated that infection withH. pylori leads to a decrease in thesecretion of hydrochloric acid. Discuss the consequences of this finding for thedigestionofproteins in thestomach inhumans.

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[2]

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H2. Theelectronmicrographbelowshowscellsfromtheintestine.

X

Y

[Source:CCandalh,Inserm,magnification10000]

(a) Intheelectronmicrographabove,statethenameofthe

(i) structurelabelledX.

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(ii) typeofcellslabelledY.

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(b) Definehormone.

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8809-6003


(Question H2 continued)

(c) Outlinethecirculationofbloodthroughlivertissue.

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H3. Explainhowandwhyventilationratevarieswithexercise.

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