Une porte à ressort très raide ne s'ouvre qu'après une forte poussée, puis elle peut rester entrouverte pour toujours. Les marques épigénétiques se comportent un peu de la même façon : ce sont des annotations chimiques posées sur l'ADN, qui modifient l'activité des gènes sans toucher à la séquence elle-même. La cellule reçoit un signal extérieur, par exemple un manque d'oxygène, et fait basculer un gène dans un nouvel état. Quand le signal disparaît, la marque subsiste souvent, et la cellule « se souvient » de ce qu'elle a vécu.
Auparavant, les scientifiques décrivaient ces basculements à la main, en ajustant les équations aux données. Un nouveau travail propose un principe général qui fait émerger les seuils automatiquement. L'idée vient de la mécanique des matériaux : on sait y décrire depuis longtemps des systèmes qui ne réagissent qu'à l'amplitude de la contrainte, et non à la vitesse à laquelle elle est appliquée. Le modèle repose sur trois ingrédients : un ensemble d'états possibles de la cellule, une réserve d'énergie pour chaque état et une mesure de la résistance aux changements. En exigeant que la cellule choisisse à chaque instant l'état dont le coût total est le plus faible, on obtient les équations du mouvement.
L'intérêt d'un tel cadre n'est pas abstrait. On peut l'appliquer à des données biologiques concrètes, par exemple à des expériences d'hypoxie, où les cellules réagissent à une baisse de l'oxygène. Les seuils d'activation, que l'on choisissait auparavant à l'œil, se calculent désormais à partir du modèle. Cela fournit une base pour concevoir des thérapies ciblant les marques épigénétiques : pour changer le destin d'une cellule, il faut savoir avec quelle force et pendant combien de temps appuyer sur la « porte » voulue.
Dans le modèle bistable, le passage entre les deux puits se fait par un saut lorsque la charge atteint le seuil de dissipation, indépendamment de la hauteur de la barrière : c'est l'analogue de la règle de Maxwell dans les transitions de phase.
L'idée de paysage épigénétique fait écho au « paysage épigénétique » de Conrad Waddington, souvent représenté comme un relief vallonné sur lequel roule une bille symbolisant la cellule.