Luminescencją nazywa się zjawisko emisji światła przez ciało pod wpływem czynników innych niż rozżarzenie go. W przyrodzie dzieje się to najczęściej dzięki reakcjom chemicznym zachodzącym w organizmach żywych, którym towarzyszy świecenie. Emisja promieniowania świetlnego przez organizmy żywe to bioluminescencja.

Bioluminescencja powstaje w wyniku enzymatycznej reakcji chemicznej polegającej na utlenianiu związku zwanego lucyferyną tlenem atmosferycznym w obecności enzymu - lucyferazy. Z chemicznego punktu widzenia, lucyferyna i lucyferaza różnych gatunków mogą być zupełnie odmiennymi związkami wykazującymi jednak podobne właściwości i działającymi w podobny sposób. Reakcja wymaga dodatkowo udziału ATP i jonów magnezu. W wyniku utleniania powstaje cząsteczka w stanie wzbudzonym - oksylucyferyna, której przejście do stanu podstawowego wiąże się z emisją światła.

Badanie bioluminescencji, a w szczególności cząsteczek chemicznych odpowiedzialnych za świecenie (fluoroforów), jest źródłem cennych informacji wykorzystywanych we współczesnej biologii molekularnej. Przykładowo, odkryte u świecących meduz białko GFP (z ang. Green Fluorescent Protein) jest wykorzystywane do znakowania innych naturalnie występujących białek, np. w celu ich lokalizacji w komórce. Tę samą substancję wykorzystuje się w immunologii oraz embriologii, gdzie podmienienie fragmentu nici DNA na fragment kodujący GFP pozwala w prosty sposób śledzić ekspresję zmodyfikowanych w ten sposób genów.

Bioluminescencja wbrew pozorom jest dość powszechna. Promienie świetlne emitują  liczne rodzaje bakterii, grzyby, pierwotniaki, bezkręgowce i ryby. Istnieje również kilka wątpliwych przypadków bioluminescencji być może związanej z gatunkami jeszcze nieznanymi nauce.
 

Rośliny, w których liściach (komórkach) umieszczono nanocząstki złota potrafią świecić w ciemności. Takie układy idealnie nadają się do badań cytotoksyczności, biologicznego obrazowania oraz znakowania.

Nieliczne gatunki ryb posiadają wyspecjalizowane organy zwane narządami świetlnymi, w których przechowują bakterie luminescencyjne. Taka symbioza bakterii i ryb jest zjawiskiem unikalnym w przyrodzie. Po wylęgnięciu się nowego osobnika z ikry bakterie dostają się do jego organów świetlnych. Nie wiadomo dokładnie jak się to dzieje. Narządy świetlne są otoczone sieciami naczyń włosowatych, zaopatrujących bakterie w tlen i składniki odżywcze. Bakterie emitują światło stałe, lecz ryby mogą je "wyłączać" za pomocą czarnej błony nasuwającej się na świecący organ.

U drapieżnych ryb - Ceratiodei żyjących na głębokościach od 500 do 4000 m, narząd świecący znajduje się na końcu wydłużonego promienia płetwy grzbietowej. Ryby te mogą go przesuwać nad głowę lub do wnętrza jamy gębowej i w ten sposób wykorzystują jako wędkę do zwabiania mniejszych drapieżców.

Na lądzie mamy również do czynienia z tym fascynującym zjawiskiem. Przykładem mogą być rytuały godowe świetlików amerykańskich z rodzaju Photinus. Samiec latający na wysokości wysyła sygnały świetlne, samica je wychwytuje i odpowiada serią sygnałów zwrotnych, gdy ten znajdzie się dostatecznie blisko. Taka wymiana informacji powtarzana jest kilka razy. Obie płcie rozpoznają dzięki barwie światła i częstotliwości, które są specyficzne dla danego gatunku. Nie jest to jednak bezpieczny sposób wymiany informacji, powodem jest drapieżność samic innego gatunku świetlików z rodzaju Photurius, zwabiających serią błysków samca, który staje się ich ofiarą.

Bioluminescencję wykazują także grzyby. Jednym z nich jest opieńka miodowa występująca na butwiejących pniach. Nocą, odrywając zewnętrzną warstwę zbutwiałego pnia można zauważyć światło pochodzące z grzyba o barwie zielonkawej. Emisja promieniowania jest tak intensywna, że powoduje zaczernienie kliszy fotograficznej.

Bioluminescencja może znaleźć zastosowanie w praktyce. Dzięki rozwojowi inżynierii genetycznej udało się wyizolować z bakterii geny za nią odpowiedzialne, a następnie wszczepiono je roślinom nie posiadającym zdolności świecenia. Otrzymano m.in. soję o świecących na niebiesko korzeniach, gdy odczuwa niedobór azotu. Prowadzone są dalsze badania nad wyhodowaniem roślin, które natężeniem i barwą światła informowałyby o swoich potrzebach i funkcjach życiowych.

red. Blanka Majda