Centre Number Candidate Number Edexcel GCE …files.nerdcommunity.org/pastpapers/edexcel/Alevel/Biology/GCE/2011...Centre Number Candidate Number ... Turn over N37490A0128 Edexcel

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Edexcel GCE

BiologyAdvancedUnit 4: The Natural Environment and Species SurvivalMonday 24 January 2011 – AfternoonTime: 1 hour 30 minutes

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6BI04/01

InstructionsUse black ink or ball-point pen.Fill in the boxes at the top of this page with your name, centre number and candidate number.Answer all questions.Answer the questions in the spaces provided – there may be more space than you need.

InformationThe total mark for this paper is 90. The marks for each question are shown in brackets– use this as a guide as to how much time to spend on each question.Questions labelled with an asterisk (*) are ones where the quality of your written communication will be assessed– you should take particular care with your spelling, punctuation and grammar, as well as the clarity of expression, on these questions.Candidates may use a calculator.

AdviceRead each question carefully before you start to answer it.Keep an eye on the time.Try to answer every question.Check your answers if you have time at the end.

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1/1/1/1/1/

2

*N37490A0228*

Answer ALL questions.

Some questions must be answered with a cross in a box . If you change your mind about an

answer, put a line through the box and then mark your new answer with a cross .

1 The removal of carbon dioxide from the atmosphere by green plants involves carbon fixation.

(a) The following statements are about carbon fixation.

(i) Place a cross in the box next to the stage in which RuBP combines with carbon dioxide.

(1)

A The light-dependent reactions of the Calvin cycle

B The light-independent reactions of the Calvin cycle

C The light-dependent reactions of the Krebs cycle

D The light-independent reactions of the Krebs cycle

(ii) Place a cross in the box next to the enzyme that catalyses carbon fixation.(1)

A GALP

B GP

C NADP

D RUBISCO

(iii) Place a cross in the box next to the site of carbon fixation.(1)

A Cristae of a mitochondrion

B Granum of a chloroplast

C Matrix of a mitochondrion

D Stroma of a chloroplast

Ridwan Abrar

checked

3

*N37490A0328* Turn over

(b) Varieties of the crop plant, maize (Zea mays), are grown in many countries which have relatively long, warm growing seasons. The seed heads, known as corn cobs, contain grains (seeds) that are used in the production of many cereal products.

A typical corn cob is shown in the photograph below.

Magnification ×0.5

(i) Suggest why the development of corn cobs, suitable for producing cereal products, depends on the rate of carbon fixation in maize plants.

(3)

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Grains packed with starch

Ridwan Abrar

rate of growth depends on rate of carbon fixationincreased GPP of crop

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*N37490A0428*

(ii) As the demand for maize has increased, it has started to be grown in many more regions of the World. In order to meet this demand, new varieties of maize have been developed from older traditional varieties by scientific breeding programmes.

The graph below shows the rate of carbon fixation for six new varieties (A to F) of maize at two different environmental temperatures, 25°C and 14°C.

The rate of carbon fixation is higher at 25°C than at 14°C for each of the six varieties of maize. Suggest an explanation for this.

(2)

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25°C

14°C

30

25

20

15

10

5

0A B C D E F

Variety of maize

Carbon fixation / μmol m–2 s–1

5


(iii) The table below shows the range of temperatures for the main crop-growing season for maize, in four regions of the World. The main maize variety grown in three of the regions is also shown.

RegionTemperature range / °C

Main maize varietyMinimum Maximum

Central Africa 24.8 27.3 F

Central USA 20.2 28.3 F

Northern Africa 24.7 27.9 F

Central Europe 11.2 19.3

Using the data shown in the graph, complete the table by selecting the most suitable maize variety for Central Europe. Explain the reasons for your choice.

(5)

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(Total for Question 1 = 13 marks)

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*N37490A0628*

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2 Bovine respiratory diseases (BRD) are a major problem in cattle, causing serious economic losses. The causes of BRD are multiple and complex.The most severe cases of BRD involve infections by both viruses and bacteria.

(a) The table below shows some features found in bacteria and viruses. For each feature, place one cross in the appropriate box, in each row, to show

whether it is found in bacteria only, in viruses only or in both bacteria and viruses.(3)

Feature Bacteria only Viruses only Both bacteria and viruses

Glycogen granules

Nucleic acids

Protein coat (capsid)

(b) Mild cases of BRD can usually be treated using antibiotics. The treatment of severe cases of BRD will involve the use of antibiotics and other

medications.

(i) Suggest why medications, other than antibiotics, are needed to treat the most severe cases of BRD.

(2)

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Ridwan Abrar

BRD is caused by both bacteria and viruses. Antibiotics only kill bacteria. To kill the virus, antiviral drugs are needed.

Ridwan Abrar

8

*N37490A0828*

(ii) The table below shows the effectiveness of various antibiotics on threespecies of bacteria that can contribute towards severe cases of BRD.

Antibiotic

Effectiveness of various antibiotics on three BRD bacterial

pathogens (%)

Mannheimiahaemolytica

Pasteurellamultocida

Histophilus somni

Danofloxacin 71 88 84

Enrofloxacin 83 93 95

Florfenicol 85 90 95

Oxytetracycline 56 70 55

Spectinomycin 72 76 67

Tilmicosin 61 64 93

A group of cattle has BRD but the bacteria pathogen has not been identified. Suggest which antibiotics would be the most suitable to use to treat these

cattle. Give reasons for your answer.

(3)

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Ridwan Abrar

enrofloxacin and florfenicol would be most suitable;these antibiotics are highly effective against all types of bacteria;

Ridwan Abrar

average success is above 90%

9


(iii) Suggest why it might be advisable to change the antibiotic being used, in the treatment of these cattle, once the pathogen has been identified.

(3)

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Ridwan Abrar

None of the antibiotics are 100% effective;some resistant bacteria would survive and pass on the allele for resistance to the next generation . Over many generations a population of resistant bacteria will develop.

Ridwan Abrar

Antibiotic used is most effective against the known bacterium.

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3 The soils in wet, marshy lands usually have anaerobic conditions that inhibit decomposition. As a result of this, dense layers of semi-decayed organic matter, known as marshland peat, build up.

The table below shows some of the components of marshland peat.

Component Chemical nature Main source

Cutin Polymer of organic acids linked by ester bonds

Waxy layers of leaves and fruits

Lignin Polymers of phenyl propene

Hemicellulose

Branched polysaccharide Monomers include hexoses and pentoses linked by glycosidic bonds

Cell walls of all plant cells

Cellulose Cell walls of all plant cells

(a) Describe the chemical nature of cellulose.(3)

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Ridwan Abrar

Cellulose is a polysaccharide which is made up of long chains of beta glucose molecules joined together by glycosidic bonds in a condensation reaction.

Ridwan Abrar

unbranched chains

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(b) Name a plant tissue that could be the main source of the lignin found in marshland peat.

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(c) All of the components shown in the table are organic carbon compounds. Describe the role of microorganisms in the recycling of the carbon from these

compounds.(3)

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(d) Landscapes rich in peat act as carbon sinks. However, during recent decades, some countries have been draining and clearing marshy peatlands to grow crops, such as palms, to produce biofuels. During this clearance and drainage, the rate of decomposition in the peat increases and the organic debris is burnt.

This change of use of the peatlands has turned carbon sinks into carbon sources.

(i) Suggest one reason why some countries may decide to drain their marshy peatlands for the production of biofuels.

(1)

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Ridwan Abrar

xylem

Ridwan Abrar

Economic reasons

Ridwan Abrar

Decomposition of organic compounds by microorganismsRespiration of these organisms release CO2 which is uses by plants for photosynthesisMethane is released in anaerobic conditions and used as fuel.

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*(ii) Biofuels are considered to be carbon neutral.

Suggest why the continued draining and clearance of peatlands may contribute towards global warming even though they may be used to produce biofuels.

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Ridwan Abrar

1. Combustion of biofuels releases carbon dioxide recently removed from atmosphere2. therefore, there is no net increase in carbon dioxide in atmosphere3. carbon dioxide is a greenhouse gas4. that absorbs long wavelength infra red radiation reflected from Earth's surface5. prevents infra red escaping into space6. therefore mean temperature of Earth's surface increases7. carbon in peatland was trapped a long time ago8. peatland clearance releases carbon dioxide9. there is a net gain of carbon dioxide in the atmosphere10. removal of plants during clearance reduces photosynthesis11. carbon dioxide released from clearance machinery.

13


4 Tuberculosis (TB) kills approximately three million people every year.Droplets containing the organisms that cause TB are released into the air when a person suffering from TB coughs. Transmission of TB occurs if these droplets are inhaled into the alveoli of the lungs.

In the lungs, the organisms are taken up by macrophages and carried to lymph nodes.

(a) (i) State one characteristic symptom of TB other than coughing.(1)

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(ii) Place a cross in the box next to the name of the organism that causes TB.(1)

A Macrobacterium tuberculosis

B Microbacterium tuberculosis

C Monobacterium tuberculosis

D Mycobacterium tuberculosis

(iii) Describe how the organisms that cause TB are taken up by macrophages.(3)

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(iv) Ingesting food containing these organisms is unlikely to lead to the development of TB. Give an explanation for this.

(2)

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Ridwan Abrar

Ridwan Abrar

tuberculesblood in sputumgeneral body tissue wastage

Ridwan Abrar

1. Bacterium recignised as non-self2. Labelling of bacteria by B lymphocytes3. Macrophages form a cytoplasmic extension which engulf the bacteria4. by the process of phagocytosis5. formation of vacuole

Ridwan Abrar

Bacteria are killed in stomach by hydrochloric acid.

14

*N37490A01428*

*(b) The graphs below show data related to TB and HIV infections in the population of central Africa from 1990 to 2008.

Graph 1 – The percentage of the population infected by TB

Graph 2 – The number of cases of HIV infection per 100 000 population

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Perc

enta

ge in

fect

ed (%

)

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Year

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Num

ber p

er 1

0000

0 po

pula

tion

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Year

15


Discuss how far the data in the graphs support the following hypothesis.

The increase in HIV infection in central Africa has led to an increase in TB infection.

(4)

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Ridwan Abrar

Supporting the hypothesis:1. both HIV and TB infection rates rise and then falls2. both hiv and tb infection increase for the first ten yearsNot supporting the hypothesis:3. Tb infection falls from 2000 onwards but hiv infection continues to rise until 20044. different variables for the two infectionsGeneral points:5. more data is needed/ other factors may be involved6. need for statistical analysis7. such as correlation test8. no data that shows causal relationship

16

*N37490A01628*

5 A wetland is an area where the soil is saturated with moisture either permanently or seasonally. The distribution and abundance of organisms in a wetland will be influenced by various abiotic factors including the degree of saturation of the soil by water. Within most wetlands, there will be areas which are relatively dry and other areas which are submerged under water throughout the year.

(a) (i) Explain why the degree of saturation of the soil by water is considered to be an abiotic factor.

(1)

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(ii) Place a cross in the box next to the biotic factor that might influence the distribution and abundance of organisms in a wetland.

(1)

A Mineral availability

B pH

C Predation

D Water temperature

(b) A group of students studied an area of wetland. They placed twenty 1m2 quadrats on a line from a relatively dry area to an area where there was free-standing water.

Each quadrat was divided up into 25 smaller sections.

(i) Place a cross in the box next to the term that describes the technique that uses a line of quadrats to investigate the distribution of organisms.

(1)

A Transact

B Transcript

C Transect

D Transept

(ii) Suggest why the quadrats were divided up into 25 smaller sections.(2)

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Ridwan Abrar

Because it's a non-living factor

Ridwan Abrar

c

Ridwan Abrar

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Ridwan Abrar

easier to count;more precise;each section should be 4%

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2030

4050

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(iii) The students estimated the percentage cover of each of five species of plant within each quadrat. They also measured the depth of free-standing water.

The results of this part of the study are shown in Figure 1 and Figure 2.

Use the data in Figure 1 and Figure 2 to complete the table below.(2)

Species Description

Canadian pondweed Delicate plant that is suspended in the water

Rhododendron Woody shrub that requires reasonably dry, firm soil

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Non-woody plant that requires very moist conditions

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Semi-submerged plant which floats in shallow water

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Semi-woody plant which requires fairly moist conditions

(iv) Suggest why the students were not able to draw valid conclusions about the effect of saturation of the soil by water on the distribution of the five plant species.

(3)

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Ridwan Abrar

water mintcommon duckweedsoft rush

Ridwan Abrar

1. depth of water does not give saturation data2. no data on other factors3. other factors maybe affecting distribution4. named example5. only one set of data taken;

20

*N37490A02028*

6 The diagram below shows the sequence of events leading to polypeptide synthesis.

(a) Place a cross in the box next to the correct term that completes each of the following statements.

(i) Transcription takes place in the(1)

A Golgi apparatus

B lysosome

C nucleus

D ribosome

(ii) A triplet of bases that could not be found in mRNA is(1)

A Adenine Adenine Guanine

B Adenine Thymine Guanine

C Adenine Cytosine Guanine

D Adenine Uracil Guanine

Transcription forms pre-mRNA

Pre-mRNA modified to give mRNA molecules

Translation of mRNA molecules to synthesise

polypeptides

stage A

stage B

stage C

Ridwan Abrar

c

Ridwan Abrar

b

21


(iii) The sequence of triplets on a section of DNA used to form a strand of pre-mRNA is a

(1)

A cistron

B codon

C neutron

D photon

(b) Describe how free nucleotides are bonded together in the correct sequence in pre-mRNA, at stage A.

(3)

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(c) A strand of pre-mRNA consists of exons and introns. Exons are sections that can be used during translation for polypeptide synthesis. Introns are lost during the modification of pre-mRNA at stage B and are not used during translation.

During this modification, a variety of mRNA molecules is formed. Each molecule contains all or only some of the original exons in the pre-mRNA. However, the sequence of the exons in a strand of mRNA will always be the same as in the original pre-mRNA.

(i) Explain the function of the codons at each end of a strand of mRNA, during the process of translation.

(2)

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Ridwan Abrar

b

Ridwan Abrar

The start codons initiate translation.The stop codons end translation.

Ridwan Abrar

1. Sequence of bases on dna determines sequence on pre-mRNA2. complementary base pairing between bases3. formation of bonds by condensation reaction4. RNA polymerase5. join phosphodiester bond

22

*N37490A02228*

(ii) Suggest why a variety of different protein structures could be formed from the polypeptides synthesised using the mRNA molecules from a single gene.

(3)

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Ridwan Abrar

1. Variation of exons 2. leads to different primary structure/ sequence of amino acids3. secondary structure of protein depends on primary structure4. due to change in different bonds5. hydrogen/ionic/disulfide bonds6. different 3D structure

23


7 Sardinia is an island in the Mediterranean Sea. Many of the plants and animals on islands, such as Sardinia, show distinct physical and behavioural features that are different from those found in closely-related mainland populations.The Sardinian wild boar is an example of this, shown in the photograph below.

(a) Explain what is meant by each of the following terms.

(i) Gene pool(1)

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(ii) Allele frequency(1)

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Magnification ×0.1

Ridwan Abrar

Total of alleles in a popualtion

Ridwan Abrar

the number of times an allele occurs within a gene pool

24

*N37490A02428*

(b) The population of wild boar in mainland Italy and the population in Sardinia both belong to the species, Sus scrofa. The mainland population is placed in the sub-species, Sus scrofa scrofa, whilst the Sardinian population is placed in the sub-species, Sus scrofa meridionalis.

(i) Suggest why scientists classify the mainland and Sardinian wild boar as two sub-species rather than as two separate species.

(2)

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*(ii) Suggest how the two sub-species, Sus scrofa meridionalis and Sus scrofa scrofa,have developed from a single ancestral population.

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Ridwan Abrar

Perhaps the two groups can interbreed to produce fertile offsprings.They may have similar morphological and biochemical features.

Ridwan Abrar

1. Few ancestral boars reaches the island 2. Two populations are geographically separated3. Populations can not interbreed4. Restriction of gene flow between populations5. Only a small number on island of other boar for breeding6. restricted/limited variety of alleles7. mutations take place8. different selection pressures in different environmental conditions9. change in allele frequencies over time10. leads to phenotypic/ physiological/behavioural changes11. possibility of allopatric speciation

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(iii) Explain how the results of DNA profiling of tissue samples from the twosub-species could be used to provide evidence that they share common ancestry.

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Ridwan Abrar

1. bands produced2. bands at certain positions3. common bands contain similar DNA fragments4. the more similar the patterns the closer the relationships5. very few differences if still a sub-species

26

*N37490A02628*

8 (a) Some of the ways by which a person may acquire antibodies to become immune to a disease are listed below.

A - artificial active

B - artificial passive

C - natural active

D - natural passive

Complete the table below by writing the letter of the most appropriate form of immunity shown in the list.

(2)

Source of antibodies Form of immunity

Passed across placenta to fetus from mother

Injected from another individual

Produced as a result of suffering from the disease

Produced following vaccination using antigen

(b) Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a bacterium. When it enters the blood it can stimulate the production of several different clones of plasma cells. These produce a variety of antibodies (polyclonal antibodies).

Suggest an explanation for this.(4)

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Ridwan Abrar

given by sir

Ridwan Abrar

d

Ridwan Abrar

b

Ridwan Abrar

c

Ridwan Abrar

a

Ridwan Abrar

Bacterial cell wall contain a variety of chemicals which act as antigen. B lymphocytes recognise some of this antigen and after processing the antigen, B cells become APC. With this B cell T helper combines and release cytokines. This stimulates the B cells to divide by mitosis to produce a clone of identical B effector cells and B memory cells.B effectior cells differentiate into plasma cells and start secreting antibodies.

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*N37490A02728*

(c) In the laboratory, it is possible to produce clones of special cells that only produce one type of antibody (monoclonal antibodies). These monoclonal antibodies can be used to detect the presence of antigens in the blood.

Suggest the advantage of using monoclonal antibodies, rather than polyclonal antibodies, in the detection of antigens in the blood.

Give reasons for your answer.(3)

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TOTAL FOR PAPER = 90 MARKS

Ridwan Abrar

1. specific bacterium can be identified2 specific antibody binds to only one antigen3. specific treatment can be given4. avoid unnecessary use of drugs5. more likely to be effective

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*N37490A02828*

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