自然界的生物发光让科学家感到困惑，而且这些生物现象的许多方面仍然未知，大多数生物发光物种都存在于深海中，生活在1000米以下深处的海洋生物中，90%能够产生光，少量陆生生物也具有产生光的能力。
为什么生物会发光呢？其实包括人也有自发光，只是十分微弱需要借助精密仪器才能检测到，而自然界的许多生物发光十分醒目，有人认为有机体产生光线的原因很多，如防御，制作陷阱或吸引配偶等。
生物发光是生物体内发生化学反应时产生的光。与其他光源不同，生物发光被认为是“冷”反应，因为它不会释放任何热量。生物发光在被人类发现的历史中都被神秘化，甚至许多被描述成神话传说。而现代科学家也对这一奇妙过程的功能和机制充满疑问。尽管在陆地生态系统中发现少量生物发光物种，比如萤火虫等，但生物学家在海洋中发现了很高比例的生物发光物种。科学界认为，海洋生物体在大约1.5亿年前就进化出了发光的能力。
生物荧光通常与生物发光混淆，虽然这个过程是非常不同的，并且涉及生物体吸收光线，然后转化它并以较低能量波长重新发射光线，而不是自己生产。生物发光是在底物 （荧光素）和酶（荧光素酶）之间发生的化学反应的产物，其仅在能够进行该过程的生物体中发现。当荧光素与氧反应并且存在萤光素酶时，产生光和氧合虫荧光素。
已知萤火虫将来自该反应的副产物氧合虫荧光素，转化回荧光素以再次使用。这种回收过程只记录发生在萤火虫身上，但可能存在于其他生物发光物种中。其他生物发光物质具有不同的发光蛋白底物，并且依靠带电粒子来触发反应，而不是酶。
生物发光微生物通过调节体内的化学过程来小心控制其产生光的能力。发光是由中枢神经系统响应外部因素而引发的反应。一些动物可以产生它们自己的萤光素，如甲藻类，而其他动物则捕获发光细菌，将它们保留在它们的内部器官中并形成共生关系，例如琵琶鱼诱饵中的细菌。
发光是海洋和陆地生物发光物种寻找配偶的重要因素，甚至通过光线的亮度来判断潜在伴侣的活力。生物发光的最常见用途之一是作为防御机制，通常会产生光线以惊吓或混淆捕食者。除了被用作防御机制之外，生物发光也被用作引诱猎物的一种方式，因为许多深海生物被吸引并且将追踪它。许多物种都含有含有生物发光细菌的诱饵，这些细菌通常位于其口器周围。一旦被吸引的猎物足够接近，捕食者就可以很容易地猎捕它。
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