El ruido es natural en el interior de una célula. La concentración de cualquier sustancia (metabolito o enzima) fluctúa de forma aleatoria. En ciertas ocasiones el funcionamiento de una célula ha de ser controlado con precisión. Pero un mecanismo de control eficaz y robusto capaz de lidiar con todo el ruido de la célula es muy costoso. Johan Paulsson y sus colegas han estudiado dicho coste y han demostrado que un mecanismo de control que reduzca el ruido en un factor de dos requiere un mecanismo de control 16 veces más complejo. Un coste altísimo que explica que en las mayoría de los procesos bioquímicos en una célula el ruido no puede ser despreciado. La simulación por ordenador de una célula requiere métodos estadísticos (estocásticos). Nos lo cuenta Li Sun y Attila Becskei, «Systems biology: The cost of feedback control,» News and Views, Nature 467: 163–164, 09 September 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Ioannis Lestas, Glenn Vinnicombe, Johan Paulsson, «Fundamental limits on the suppression of molecular fluctuations,» Nature 467: 174–178, 09 September 2010.

El ruido en los procesos bioquímicos dentro de un célula penaliza sus funciones. Un mecanismo de control adecuado puede eliminarlo, pero el costo es muy alto. El diseño óptimo del metabolismo celular es la hipótesis básica con la que se trata de entender el funcionamiento de la célula. Cada día que pasa es más obvio que esta hipótesis no es correcta, por lo que muchos procesos biológicos serán muy difíciles de comprender. Ioannis Lestas y sus colegas han estudiado mediante técnicas matemáticas de la teoría de sistemas el costo de un sistema de realimentación capaz de controlar el funcionamiento de una vía metabólica. Su resultado es sorprendente. El coste crece exponencialmente. El comportamiento aleatorio de la célula es inevitable. Una ambigüedad intrínseca que dificulta nuestra comprensión de su diseño y funcionamiento íntimo.

Un circuito realimentado que reduzca las fluctuaciones en la concentración de ciertas moléculas requiere utilizar información sobre estas fluctuaciones. Conocer el ruido es necesario para reducir el ruido. Lograr un control en un ambiente ruidoso es muy costoso. Por ejemplo, el mantenimiento de la temperatura corporal constante en los mamíferos (homeotermia) significa que se consumen alrededor de diez veces más energía que los reptiles (poiquilotermos). Este control tiene sus ventajas ya que los mamíferos están activos incluso cuando la temperatura ambiental no se lo permite a los reptiles, lo que ha favorecido su expansión global. El problema es que este tipo de mecanismos de regulación tan costosos no pueden formar parte de todas los rutas metabólicas.

Hay un factor más sutil aún que también destacan Lestas et al. en su artículo. Si el funcionamiento óptimo de una ruta metabólica bajo ruido requiere un control riguroso, entonces el funcionamiento óptimo de un control riguroso bajo ruido también requiere un mecanismo de metacontrol, que controle al controlador, y así sucesivamente. Una pescadilla que se muerde la cola. Y un coste asociado que según Lestas et a. crece de forma exponencial. La hipótesis de muchos biólogos es que la célula es fácil de entender porque los mecanismos por los que funciona son óptimos y la hipótesis de optimalidad limita las posibles opciones. Esta hipótesis se cae por su propio peso.

Los fundamentos de la matemática fueron resquebrajados por las ideas de Gödel (incompletitud) y Turing (incalculabilidad). Los fundamentos de la física fueron resquebrajados por las teorías cuánticas y su incertidumbre intrínseca. Quizás los fundamentos de la biología estén siendo resquebrajados a principios del s. XXI y hay límites intrínsecos en lo que podemos llegar a comprender del funcionamiento de la célula que ahora no podemos ni imaginar, como no se podían imaginar los límites de la matemática y de la física a principios del s. XX.