自然界的生物發光讓科學家感到困惑，而且這些生物現象的許多方面仍然未知，大多數生物發光物種都存在於深海中，生活在1000米以下深處的海洋生物中，90%能夠產生光，少量陸生生物也具有產生光的能力。
為什麼生物會發光呢？其實包括人也有自發光，只是十分微弱需要藉助精密儀器才能檢測到，而自然界的許多生物發光十分醒目，有人認為有機體產生光線的原因很多，如防禦，製作陷阱或吸引配偶等。
生物發光是生物體內發生化學反應時產生的光。與其他光源不同，生物發光被認為是“冷”反應，因為它不會釋放任何熱量。生物發光在被人類發現的歷史中都被神秘化，甚至許多被描述成神話傳說。而現代科學家也對這一奇妙過程的功能和機制充滿疑問。儘管在陸地生態系統中發現少量生物發光物種，比如螢火蟲等，但生物學家在海洋中發現了很高比例的生物發光物種。科學界認為，海洋生物體在大約1.5億年前就進化出了發光的能力。
生物熒光通常與生物發光混淆，雖然這個過程是非常不同的，並且涉及生物體吸收光線，然後轉化它並以較低能量波長重新發射光線，而不是自己生產。生物發光是在底物 （熒光素）和酶（熒光素酶）之間發生的化學反應的產物，其僅在能夠進行該過程的生物體中發現。當熒光素與氧反應並且存在螢光素酶時，產生光和氧合蟲熒光素。
已知螢火蟲將來自該反應的副產物氧合蟲熒光素，轉化回熒光素以再次使用。這種回收過程只記錄發生在螢火蟲身上，但可能存在於其他生物發光物種中。其他生物發光物質具有不同的發光蛋白底物，並且依靠帶電粒子來觸發反應，而不是酶。
生物發光微生物通過調節體內的化學過程來小心控制其產生光的能力。發光是由中樞神經系統響應外部因素而引發的反應。一些動物可以產生它們自己的螢光素，如甲藻類，而其他動物則捕獲發光細菌，將它們保留在它們的內部器官中並形成共生關係，例如琵琶魚誘餌中的細菌。
發光是海洋和陸地生物發光物種尋找配偶的重要因素，甚至通過光線的亮度來判斷潛在伴侶的活力。生物發光的最常見用途之一是作為防禦機制，通常會產生光線以驚嚇或混淆捕食者。除了被用作防禦機制之外，生物發光也被用作引誘獵物的一種方式，因為許多深海生物被吸引並且將追蹤它。許多物種都含有含有生物發光細菌的誘餌，這些細菌通常位於其口器周圍。一旦被吸引的獵物足夠接近，捕食者就可以很容易地獵捕它。
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