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23 pages

M14/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ1/XX

Monday 12 May 2014 (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.• A calculator is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [40 marks].

Option Questions

Option D — Evolution 1 – 3

Option E — Neurobiology and behaviour 4 – 6

Option F — Microbes and biotechnology 7 – 9

Option G — Ecology and conservation 10 – 12

Option H — Further human physiology 13 – 15

1 hour 15 minutes

© International Baccalaureate Organization 2014

Examination code

2 2 1 4 – 6 0 0 9

Candidate session number

22146009

24EP01

– 2 – M14/4/BIOLO/HP3/ENG/TZ1/XX

24EP02

Option D — Evolution

1. Evolution Canyon is a steep sided rocky valley near Mount Carmel in Israel. There are populations of fruit flies (Drosophila melanogaster) living on the north facing and south facing slopes of the canyon. Fruit flies are sensitive to drought conditions and die if theybecome desiccated.

Twenty samples of fruit flies were collected from both sides of the canyon. They weresubjectedtothesameconditionsofdroughtstressandthelifespan(inhours)oftheadultflieswas measured.

Freq

uenc

y

12

10

8

6

4

2

0

Key:

South-facing slope

North-facing slope

8–10 10–12 12–14 14–16 16–18Life span / hours

[Source: Korol et al.(2006)‘Drosophilafliesin“EvolutionCanyon”asamodelforincipientsympatricspeciation’.PNAS,103(48),pp. 18184–18189. Figure 1. Copyright 2006 National Academy of Sciences USA.]

(a) ComparethedatafortheNorthandSouth-facingslopes. [3]

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(Option D continues on the following page)

– 3 –

Turn over


24EP03

(Option D, question 1 continued)

(b) Genetic factors affectdrought tolerance inDrosophila melanogaster. Deduce,with areason, which of the slopes of the canyon has the drier climate. [1]

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(c) Discusswhetherthepopulationsonthetwoslopescouldevolveintotwospecies. [3]

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24EP04

(Option D continued)

2. (a) (i) Definehalf-life. [1]

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(ii) Outlinethemethodsusedfordatingfossilsandrocksusing40K. [2]

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(b) (i) Infruitflies(Drosophila melanogaster) the allele for long wings is dominant to the alleleforshort(vestigial)wings.Inalaboratorypopulationof200fliestherewere168 with long wings. Using the Hardy-Weinberg equation, calculate the percentage offliesthatwouldbeheterozygousforthischaracteristic.Showyourworking. [2]

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(ii) Statetwo assumptions made when using the Hardy-Weinberg equation to calculate allele frequencies. [1]

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– 5 –

Turn over


24EP05

(Option D, question 2 continued)

(c) Defineclade. [1]

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24EP06

(Option D continued)

3. Explain the endosymbiotic theory for the origin of eukaryotes and the evidence for it. [6]

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End of Option D

– 7 –

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24EP07

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24EP08

Option E — Neurobiology and behaviour

4. Honeybees(Apis mellifera)collectnectarfromflowers.Thisinvolvesfindingflowersthatareproducingnectar,movingefficiently fromflower toflowerand thenreturning to thecolonyby as straight a route as possible. It is the worker bees that forage for food and they do this for around two weeks after which many of them die.

In a study in Southern Ontaria, Canada, thirty eight individual worker bees that had not yet started foraging were marked and the mass of food collected on each foraging flight wasmeasured upon their return to the colony. Measurements were carried out over a twelve day period.

Mea

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ion

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min

–1

1.0

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Time / days

[Source: Adapted from M. Schippers et al.(2006)‘Lifetimeperformanceinforaginghoneybees:behaviourandphysiology’,Journal of Experimental Biology, 209, pp. 3828–3836. Reproduced with permission of Company of Biologists Ltd via Copyright Clearance Center.]

(a) State the difference inmean rate of food collection onDay 7 comparedwithDay 6,giving the units. [1]

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(Option E continues on the following page)

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24EP09

(Option E, question 4 continued)

(b) Usingtheevidenceprovidedbythedataevaluatethehypothesis that themeanrateoffoodcollectionincreasesduringthetwelvedaysafterthestartofforagingonDay1. [3]

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(c) Suggestreasonsforthedaytodayrisesandfallsinthemeanrateoffoodcollection. [2]

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24EP10

(Option E continued)

5. (a) Explainhowsoundisperceivedbytheear. [3]

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(b) (i) Statetwo differences in the way rod and cone cells function. [2]

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(ii) Explainthepupilreflexinbrightlight. [3]

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– 11 –

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24EP11

(Option E continued)

6. Outline the development of bird song. [6]

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End of Option E


24EP12

Option F — Microbes and biotechnology

7. Malaria is a widespread disease in tropical Africa. A study looked at the outbreaks of malaria and annual rainfall patterns over a period of 30 years in an area of Western Kenya where many families live and work on tea estates in the highlands.

The graphs show the seasonal patterns of malaria and rainfall at a tea estate in Western Kenya. In both graphs the vertical bars correspond to one standard deviation above and below the mean.

Mea

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300

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100

50

0Jan Jun Dec Jan Jun Dec

[Source: Adapted from M. Pascual et al.(2008)‘Shiftingpatterns:malariadynamicsandrainfallvariabilityinanAfricanhighland’,Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences,275(1631),pp.123–132,bypermissionoftheRoyalSociety.]

(a) StatethemeannumberofcasesofmalariaandthemeanmonthlyrainfallinJune. [1]

Cases of malaria: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Monthly rainfall: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . mm

(b) Comparethepatternsshownbythemalariaandrainfallgraphs. [2]

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(Option F continues on the following page)

– 13 –

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24EP13

(Option F, question 7 continued)

(c) Evaluatethehypothesisthatthepatternofmalariaoutbreaksiscausedbyvariationsinannual rainfall. [2]

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(d) Suggesttwo possible reasons apart from the variation in rainfall for the seasonal pattern of malaria outbreaks. [2]

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24EP14

(Option F continued)

8. (a) (i) Outlinethesymptoms,modeoftransmissionandtreatmentofone named example of food poisoning. [3]

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(ii) Outlinetheuseofacidsandhighsugarconcentrationsinfoodpreservation. [2]

Acids: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sugar: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(b) DistinguishbetweenintracellularandextracellularbacterialinfectionusingChlamydia and Streptococcus as examples. [2]

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Turn over


24EP15

(Option F continued)

9. Discusstheprionhypothesisforthecauseofspongiformencephalopathies. [6]

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End of Option F


24EP16

Option G — Ecology and conservation

10. The breeding success of white-flippered penguins (Eudyptula minor albosignata) was monitored in New Zealand, between 1997 and 2009. This involved counting the number of eggslaidandcalculatingthepercentagethathatched(successfullyemergedfromegg)andthepercentageofchicksthatfledged(becameindependentoftheirparents).Successfulbreedingcontributes to the survival of penguin colonies.

Succ

ess /

%

100

80

60

40

20

0

1998 2000 2002 2004 2006 2008Breeding season

eggs hatchedHatching successeggs laid

chicks fledgedFledging successeggs hatched

chicks fledgedBreeding successeggs laid

Key:

[Source: W. J. Allen et al.(2011)‘FactorsaffectingbreedingsuccessoftheFleaBaywhite-flipperedpenguin(Eudyptulaminoralbosignata)colony’,New Zealand Journal of Ecology,35(3),pp.199–208.Reprintedwithpermission.]

(a) Identifytheyearthathasthehighestbreedingsuccess. [1]

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(Option G continues on the following page)

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Turn over


24EP17

(Option G, question 10 continued)

(b) Describethetrendinhatchingsuccessbetween1998and2006. [1]

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(c) Comparebreedingandfledgingsuccessbetween1997and2009. [2]

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(d) Intheyear1998thereisrelativelylowbreedingsuccess.Usingallthedata,suggestapossible reason for this situation. [1]

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(e) In2003and2005lowfledgingandbreedingsuccess iscombinedwithrelativelyhighhatching success. Suggest two possible reasons for this. [2]

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24EP18

(Option G continued)

11. (a) (i) Listtwo factors that affect the distribution of animal species. [2]

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(ii) Outlinetheprincipleofcompetitiveexclusion. [2]

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(b) Outlinehowareliableestimateofthepopulationofananimalspeciescanbeobtainedusing the capture-mark-release-recapture technique. [3]

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24EP19

(Option G continued)

12. Discusshowalienspeciescanimpactontheenvironment,givingaspecificexampleofeachofthe impacts discussed. [6]

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24EP20

Option H — Further human physiology

13. The diving response is a powerful autonomic reflex inmammals. Underwater submersioncausesbreathholding(apnoea),slowingoftheheartrate(bradycardia)andvasoconstrictionofperipheral blood vessels. Rats trained to dive underwater were used to investigate the changes in heart rate and mean arterial blood pressure during diving.

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0ControlSwim Dive SubT SubU ControlSwim Dive SubT SubU

Divingtreatment Divingtreatment

Key: Control – rats not in water Swim – rats swimming on the surface Dive–ratsvoluntarilydiving SubT – rats trained to dive involuntarily submerged SubU – untrained rats involuntarily submerged

[Source: Adapted from W. Panneton et al. (2010)‘Therat:alaboratorymodelforstudiesofthedivingresponse’,Journal of Applied Physiology,108(4),pages811–820.©TheAmericanPhysiologicalSociety(APS).]

(a) Calculatethechangeinheartratethatoccurswhenaratdivesvoluntarily. [1]

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(Option H continues on the following page)

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24EP21

(Option H, question 13 continued)

(b) Comparetheeffectsofswimminganddivingonheartratewiththeireffectsonarterialblood pressure. [2]

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(c) Suggestreasonsfortheverylargedifferencesbetweentheresponsesinswimminganddiving rats. [2]

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Changes in heart rate and mean arterial blood pressure are greater in cold water than in warm water.

(d) Suggestreasonsforthedifferenceinheartrateandmeanarterialbloodpressureincoldwater and in warm water. [2]

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24EP22

(Option H continued)

14. (a) (i) Stateone example of a steroid hormone and one example of a protein hormone. [2]

Steroid hormone: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Protein hormone: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Outlinethehormonalcontrolofgastricjuicesecretion. [2]

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(b) Explain the mechanisms that cause ventilation rate to increase during exercise in humans. [3]

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24EP23

(Option H continued)

15. Describetheprocessoferythrocyteandhemoglobinbreakdownintheliver. [6]

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