Una puerta con muelle tenso solo se abre tras un empujón fuerte, y después puede quedarse entreabierta para siempre. Algo parecido hacen las marcas epigenéticas: anotaciones químicas sobre el ADN que modifican la actividad de los genes sin tocar la secuencia en sí. La célula recibe una señal externa, por ejemplo la falta de oxígeno, y conmuta el gen a un nuevo estado. Cuando la señal desaparece, la marca a menudo permanece, y la célula «recuerda» lo vivido. Esa memoria se transmite a las células hijas, pero, a diferencia de las mutaciones, se puede borrar.
Los autores de un nuevo trabajo proponen un marco matemático que deduce esos umbrales de un principio general. La idea viene de la mecánica de materiales: allí se sabe describir desde hace tiempo sistemas que reaccionan solo a la magnitud de la carga, no a la velocidad con que se aplica. Esa evolución se llama independiente de la velocidad: tires despacio o rápido, el resultado es el mismo, siempre que el esfuerzo supere el umbral. El modelo queda definido por tres ingredientes: un conjunto de estados posibles de la célula, una reserva de energía en cada estado y una medida de la resistencia a los cambios. Del requisito de que la célula elija en cada instante el estado con el menor coste total se deducen las ecuaciones de movimiento, que respetan automáticamente la primera y la segunda ley de la termodinámica.
El método numérico construido sobre este principio se ha probado en tres problemas de referencia. En el más sencillo, con dos estados estables, la transición ocurre de golpe cuando la señal externa alcanza cierto umbral. La altura de la barrera entre estados no importa: la célula conmuta en cuanto la carga vence la resistencia. Es parecido a la regla de Maxwell en las transiciones de fase, donde líquido y vapor coexisten a una presión estrictamente determinada. El método reproduce las soluciones exactas con precisión de máquina, y el error energético decrece linealmente con el paso temporal.
La utilidad de un marco así no es abstracta. Se puede aplicar a datos biológicos concretos, por ejemplo a experimentos de hipoxia, en los que las células responden a una bajada de oxígeno. Los umbrales de activación que antes se elegían a ojo ahora se calculan a partir del modelo. Esto da una base para desarrollar terapias dirigidas a las marcas epigenéticas: para cambiar el destino de una célula hay que saber con qué fuerza y durante cuánto tiempo empujar la «puerta» adecuada. La puerta con muelle tenso deja de ser una metáfora y se convierte en un esquema de cálculo.
En el modelo biestable, la transición entre los dos pozos ocurre de golpe cuando la carga iguala el umbral de disipación, sea cual sea la altura de la barrera: es el análogo de la regla de Maxwell en las transiciones de fase.
La idea del paisaje epigenético resuena con el «paisaje epigenético» de Conrad Waddington, que a menudo se visualiza como un terreno ondulado por el que rueda una bolita que simboliza la célula.