Genetika F=G+E (Fenotipe=Genetic+Environment)

Model I: penentuan genetik

 

Hampir semua perbedaan yang terjadi antara spesies ditentukan oleh perbedaan dalam genom mereka. Tidak ada dalam suatu lingkungan dimana kambing akan melahirkan anak kuda. Biji pasti akan berkembang menjadi sebuah pohon, sedangkan spora lumut pasti akan berkembang menjadi lumut, bahkan jika keduanya tumbuh berdampingan di hutan yang sama. Kedua tanaman yang dihasilkan dari proses-proses perkembangan pasti menyerupai orang tua mereka dan memiliki perberbedaan diantara satu sama lain, meskipun mereka memiliki akses material yang sama dari lingkungan.

Bahkan dalam spesies, beberapa variasi sepenuhnya akibat dari perbedaan genetik yang tidak dapat diubah oleh perubahan lingkungan. Sebagai cotoh anak-anak dari Afrika yang memiliki kulit gelap, tidak akan berubah warna kulitnya walaupun dipindah pada daerah yang memiliki mayoritas orang berkulit putih (misalnya Eropa yang bercuaca dingin). Kemungkinan banyak genetika eksperimental tergantung pada fakta bahwa banyak perbedaan fenotip antara tipe individu mutan dan tipe individu liar  yang dihasilkan dari perbedaan alel yang tidak sensitif terhadap kondisi lingkungan. Kekuatan yang menentukan gen sering ditunjukkan oleh perbedaan di mana satu alel normal dan abnormal lainnya.

Contoh lain adalah manusia yang mewarisi penyakit anemia sel sabit. Penyebab yang mendasari penyakit ini adalah varian hemoglobin, molekul protein pengangkut oksigen ditemukan dalam sel darah merah. Orang normal memiliki jenis hemoglobin yang disebut hemoglobin-A, informasi yang dikodekan dalam gen. Perubahan nukleotida tunggal dalam DNA gen ini yang mengarah ke perubahan dalam asam amino tunggal dalam polipeptida, hasil dalam produksi mengubah sedikit hemoglobin, disebut hemoglobin-S. Pada orang yang hanya memiliki hemoglobin-S, efek akhir dari perubahan kecil di DNA ini adalah penyakit anemia sel sabit parah  yang sering menyebabkan kematian.

Pengamatan tersebut secara umum mengarah pada model yang ditunjukkan pada Gambar 1-17, bagaimana gen dan lingkungan berinteraksi. Dalam pandangan ini, gen bertindak sebagai satu set instruksi untuk mengubah bahan lingkungan yang kurang lebih berdiferensiasi menjadi organisme tertentu. Sebagai contoh adalah dalam pembuatan rumah, dimana Genetic“Blueprint” pada gambar adalah sebagai bahan dasar untuk menentukan bentuk rumah apa yang akan dibangun. Dari bahan yang sama, yaitu batu bata, mortir, kayu, dan paku dapat dibuat menjadi bingkai atau atap rumah, sesuai dengan rencana yang berbeda. Seperti pada model menunjukkan bahwa gen adalah unsur yang benar-benar dominan dalam penentuan fenotipe, lingkungan hanya memasok bahan baku yang berbeda-beda.

Model II: penentuan lingkungan

Dua monozigot ("identik") kembar, produk-produk dari sel telur yang dibuahi tunggal yang terbagi dan menghasilkan dua bayi lengkap dengan gen identik. Misalnya si kembar yang lahir di Inggris namun dipisahkan sejak lahir dan dibawa ke berbagai negara. Jika seseorang dibesarkan di Cina, dan orang tua asuh berbahasa cina, maka dia akan berbicara dengan bahasa Cina seperti orang tua asuhnya, sedangkan adiknya dibesarkan di Indonesia, pasti akan berbahasa indonesia. Masing-masing akan menyerap nilai-nilai budaya dan adat istiadat dari lingkungannya. Meskipun kembar dan memulai hidup dengan sifat genetik yang identik, lingkungan budaya yang berbeda di mana mereka tinggal akan menghasilkan perbedaan di antara mereka (dan perbedaan dari orang tua mereka). Jelas, perbedaan dalam hal ini adalah karena faktor lingkungan, dan efek genetik tidak penting dalam menentukan perbedaan.

Contoh ini menunjukkan model dari Gambar 1-18, yang merupakan kebalikan dari yang ditunjukkan model pada Gambar 1-17. Dalam model pada Gambar 1-18, gen menimpa pada sistem, memberikan sinyal umum tertentu untuk pembangunan, tetapi lingkungan menentukan program yang sebenarnya dalam pembangunan. Bayangkan satu set spesifikasi untuk sebuah rumah yang hanya untuk "lantai yang akan mendukung £ 300 per kaki persegi" atau "dinding dengan faktor isolasi dari 15 inci"; penampilan yang sebenarnya dan karakteristik lain dari struktur akan ditentukan oleh bahan bangunan yang tersedia.

Model III: interaksi genotipe-lingkungan

Secara umum, kita berurusan dengan organisme yang berbeda dalam gen dan lingkungan. Jika kita ingin memprediksi bagaimana organisme hidup akan berkembang, kita perlu tahu kode genetik yang diwariskan dari orang tua dan urutan historis lingkungan yang telah dialaminya. Setiap organisme memiliki sejarah perkembangan dari konsepsi sampai mati. Akan menjadi apa organisme di saat kadaan berikutnya, sangat tergantung pada keadaan sekarang dan pada keadaan lingkungan yang dia temui selama saat itu.  Hal itu membuat perbedaan pada organisme tidak hanya pada lingkungan apa yang ia temui, tetapi juga dalam urutan kaedaan apa yang mereka temui. Lalat buah (Drosophila melanogaster) misalnya, berkembang biasanya pada suhu 25°C. Jika suhu secara singkat dinaikkan menjadi 37°C di awal tahap perkembangan pupa, lalat dewasa akan kehilangan bagian dari pola vena normal pada sayapnya. Namun, jika suhu shock ini diberikan hanya 24 jam kemudian, pola vena berkembang secara normal. Model umum di mana gen dan lingkungan bersama-sama menentukan (dengan beberapa aturan perkembangan) karakteristik sebenarnya dari suatu organisme digambarkan pada Gambar 1-19.

Organisme akan mengalami perkembangan dari satu tahap ke tahap lainnya, gen yang dimilikinya akan berinteraksi dengan faktor lingkungan yang dialami pada setiap saat sejarah kehidupannya. Interaksi gen dan lingkungan akan menentukan seperti apa organisme tersebut akan dibentuk.