Cladonia grayi é uma espécie de líquen fruticoso da família Cladoniaceae. É caracterizada por pequenas escâmulas semelhantes a folhas formando seu talo primário e por distintos podécios eretos (5–15 mm de altura) que se desenvolvem em forma de taça. A espécie contém várias substâncias liquênicas únicas, principalmente o ácido grayânico, que faz com que brilhe na cor azul-claro sob luz ultravioleta, e também foi constatado que produz compostos protetores de pirrolopirazina. Seu fotobionte é a espécie de alga verde Asterochloris glomerata.
O componente fúngico apresenta respostas de crescimento distintas durante o desenvolvimento que ocorrem apenas quando entra em contato com células de algas compatíveis, com o fungo apresentando crescimento extremamente lento a ≤1 cm por ano em cultura. Embora seja encontrado mundialmente, C. grayi é mais abundante nas regiões árticas e temperadas do Hemisfério Norte. Cresce tipicamente em substratos ácidos, incluindo madeira em decomposição, camadas orgânicas do solo e solo exposto, sendo particularmente abundante em florestas de pinheiros sob uma variedade de condições de umidade. Duas variantes químicas (quimiotipos) foram documentadas: uma contendo apenas ácido grayânico e ácido 4-O-desmetilgrayânico, e outra que adicionalmente contém substâncias do complexo do ácido fumarprotocetrárico.
Taxonomia
O holótipo de Cladonia grayi foi coletado em 1928 próximo a Long Creek, em Charlotte, Condado de Mecklenburg, Carolina do Norte (originalmente citado como “North Virginia”), Estados Unidos. Foi distribuído como parte da coleção Cladoniae Exsiccatae de Sandstede, número 1847. O espécime lectótipo está depositado no Herbário Farlow da Universidade Harvard e foi designado por Teuvo Ahti em 1993 em seu trabalho publicado em Regnum Vegetabile.
Diversas formas desta espécie foram propostas, mas não está claro se esses infra-táxons históricos possuem significado taxonômico independente. Como observado por Evans sobre a forma simplex, “a presente forma pode representar tanto um estágio no desenvolvimento de uma das formas mais complexas quanto uma condição definitivamente estagnada que não se desenvolverá mais”.
C. grayi f. aberrans C. grayi f. carpophora Uma forma fértil com abundantes apotécios grandes e marrons nas margens das taças ou nos pedúnculos, caracterizada por podécios verde-acinzentados escuros a verde-oliva, sem escâmulas. C. grayi f. centralis C. grayi f. cyathiformis C. grayi f. fasciculata C. grayi f. grayi C. grayi f. lacerata C. grayi f. peritheta C. grayi f. prolifera Uma forma estéril com podécios sem escâmulas que apresentam proliferações semelhantes a pequenas taças dispersas. C. grayi f. simplex Uma forma estéril com podécios simples, sem escâmulas, apresentando margens das taças inteiras ou quase inteiras. C. grayi f. squamulosa
Descrição thumb|upright=0.7|Detalhe de um podécio de C. grayi mostrando sua textura superficial granulosa e apotécios marrons escuros nas pontas. Barra de escala = 1 mm Cladonia grayi é caracterizada por duas partes principais: um talo primário composto por pequenas estruturas persistentes semelhantes a folhas (escâmulas) e um talo secundário formado por hastes eretas chamadas podécios. As escâmulas, que formam uma camada crostosa sobre o substrato, são pequenas (1 mm de comprimento e 1–2 mm de largura), com bordas onduladas e tendem a crescer para cima.
Os podécios, que são a característica mais distintiva da espécie, crescem entre 5 e 15 mm de altura e 2 a 7 mm de largura. Têm forma de cálice, com pedúnculos longos e estreitos que se expandem em taças arredondadas no topo. Essas estruturas são tipicamente verde-acinzentadas claras, mas podem parecer escuras ou levemente acastanhadas. A superfície dos podécios é coberta por uma camada protetora (córtex) que pode ser irregular e pode se desprender em placas à medida que o líquen envelhece. As porções superiores desenvolvem áreas pulverulentas (sorálios) e grânulos medindo 40–130 μm de diâmetro, ou podem produzir pequenas escâmulas destacáveis. Acredita-se que os grânulos desempenhem um papel na propagação da espécie.
As estruturas reprodutivas da espécie incluem discos produtores de esporos (apotécios) de cor marrom-escura que aparecem raramente ao longo das margens das taças, e estruturas menores mais frequentes chamadas picnídios, que produzem um fluido claro.
Ultraestrutura
Quando examinadas em nível microscópico, as células fúngicas de C. grayi apresentam várias características distintivas. Elas contêm núcleos com poros proeminentes, material citoplasmático denso e áreas de armazenamento de glicogênio (uma forma de açúcar). As células também possuem compartimentos especializados chamados vacúolos, que contêm material granular, bem como corpos lipídicos para armazenamento de gordura. Uma característica particularmente notável é que as paredes celulares fúngicas são cobertas por pequenas projeções filamentosas chamadas fibrilas, que se estendem para fora. Quando as células fúngicas crescem próximas umas das outras, essas fibrilas podem se interconectar formando padrões em rede, ajudando a manter as células unidas.
O fungo também pode formar estruturas de suporte únicas chamadas “escoras acelulares”. Essas escoras parecem ser ramos modificados que perderam seu conteúdo celular interno, mas mantêm suas paredes externas, podendo ajudar a fornecer suporte estrutural ao corpo do líquen. Essas escoras são mais comuns nas partes do fungo que crescem acima da superfície do que naquelas em contato direto com o substrato.
Química
Quando testado com testes químicos padrão usados na identificação de líquens, C. grayi apresenta reações diferenciadas, especialmente um brilho azul-gelo sob luz ultravioleta. Contém várias substâncias liquênicas únicas, principalmente ácido grayânico, com quantidades variáveis de ácidos congrayânico e desmetilgrayânico, e ocasionalmente traços do complexo do ácido fumarprotocetrárico. O ácido grayânico, uma depsidona do tipo orcinol, é um metabólito raro que foi relatado apenas em Neophyllis melacarpa e C. grayi.
Os talos de C. grayi contêm uma variedade diversa de pigmentos carotenoides, incluindo β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina, luteína, anteraxantina, hidroxiechinenona, cantaxantina, astaxantina, , mutatoxantina, neoxantina e capsocroma. As concentrações e proporções desses carotenoides variam dependendo da exposição à luz, com espécimes de ambientes mais sombreados apresentando maior conteúdo total de carotenoides. Em particular, luteína e violaxantina são encontradas em maiores concentrações em espécimes de sombra, enquanto zeaxantina e anteraxantina aumentam em espécimes expostos a níveis mais altos de luz. Essa variação parece fazer parte de um ciclo de xantofilas que ajuda a regular a fotossíntese sob diferentes condições de iluminação.
Pesquisas publicadas em 2018 mostraram que o componente fúngico de C. grayi contém genes para produzir compostos protetores chamados pirrolopirazinas (PPZ). Como muitos líquens, C. grayi produz vários metabólitos secundários — substâncias químicas que não são essenciais para funções vitais básicas, mas ajudam o organismo a sobreviver. Os compostos PPZ parecem ajudar a proteger o líquen contra insetos que possam tentar consumi-lo.
Os genes responsáveis pela produção desses compostos estão agrupados no que os cientistas chamam de “cluster gênico”. Essa descoberta foi significativa porque, anteriormente, esses tipos de genes eram conhecidos apenas em certos fungos entomopatogênicos como espécies de Metarhizium. Encontrar esses genes em C. grayi ajudou os cientistas a compreender que esse sistema de defesa química é muito mais antigo do que se pensava, remontando às fases iniciais da evolução de um grande grupo de fungos chamado Pezizomycotina.
Espécies semelhantes
Cladonia grayi é um membro do grupo C. chlorophaea, um complexo de líquens morfologicamente semelhantes que alguns pesquisadores historicamente consideraram apenas variantes químicas de uma mesma espécie. No entanto, C. grayi mantém várias características distintivas que sustentam seu status como espécie distinta, incluindo seus podécios cortificados com superfícies granulosas (raramente fortemente sorediados) e sua coloração caracteristicamente escura.
Embora C. grayi possa ser confundida com espécies relacionadas, sua semelhante mais próxima é C. merochlorophaea, da qual pode ser distinguida por suas taças menores e textura superficial menos pulverulenta. C. merochlorophaea geralmente apresenta áreas pulverulentas (sorédios) mais evidentes, especialmente nas porções centrais de seus podécios. Outra possível semelhante, , tende a ter taças mais estreitas do que C. grayi, enquanto C. pleurota pode geralmente ser diferenciada por sua coloração geral amarelo-esverdeada e por seus apotécios e picnídios avermelhados. No entanto, devido à natureza sutil dessas diferenças morfológicas, a identificação definitiva frequentemente requer cromatografia em camada delgada para analisar as substâncias liquênicas específicas presentes.
Cladonia grayi frequentemente produz abundantes escâmulas pequenas semelhantes a folhas, o que historicamente foi reconhecido como a forma squamulosa. Embora essa forma esquamulosa possa ser confundida com C. asahinae, que também frequentemente desenvolve escâmulas em seus podécios, as duas espécies podem ser facilmente distinguidas por suas diferentes composições químicas. Quando C. grayi carece completamente de escâmulas, torna-se muito difícil distingui-la de C. merochlorophaea apenas com base na morfologia, sendo necessária análise química para identificação definitiva.
Desenvolvimento
O desenvolvimento da simbiose liquênica em Cladonia grayi envolve cinco estágios principais: um estágio pré-contato em que ocorre sinalização química entre o fungo e a alga sem contato físico, um estágio de contato em que se conectam fisicamente pela primeira vez, um estágio de envolvimento em que as hifas fúngicas cercam as células algais, um estágio de incorporação formando um pré-talo indiferenciado e, finalmente, um estágio de diferenciação que produz a estrutura complexa do talo. Durante esses estágios, ambos os parceiros apresentam mudanças coordenadas na expressão gênica que facilitam sua relação simbiótica.
Pesquisas demonstraram que C. grayi apresenta uma resposta altamente específica ao encontrar seu fotobionte compatível Asterochloris. Embora o fungo possa crescer sobre várias superfícies e organismos, ele só apresenta um padrão de crescimento distinto, envolvendo aumento da ramificação lateral, quando entra em contato com células de Asterochloris. Essa resposta seletiva faz parte do estágio inicial de contato no desenvolvimento do líquen, embora nem todas as células algais desencadeiem essa resposta, sugerindo que fatores como a idade celular podem influenciar o início bem-sucedido da simbiose. Quando cultivado com outras algas verdes como ou espécies de Trentepohlia que nunca são encontradas associadas a C. grayi na natureza, o fungo não apresenta resposta de crescimento especializada, demonstrando a especificidade do sistema de reconhecimento fungo-alga.
O desenvolvimento de Cladonia grayi segue um padrão distinto que pode ser acompanhado pelo crescimento de seu tecido meristemático fúngico. Na ontogenia inicial, quando o podécio (o talo secundário ereto) tem cerca de 100 μm de altura, ele começa como uma massa de tecido fúngico obcônica orientada verticalmente. A superfície superior inicia como um disco levemente côncavo composto principalmente por tecido meristemático, com poucas hifas soltas ou células algais próximas ao ápice. À medida que o desenvolvimento prossegue, o tecido meristemático se torna mais fino em direção ao centro do disco, enquanto a margem se expande tanto para fora quanto verticalmente.