数个世纪以来，人们一直被鲜活的生物体中发出的光所深深吸引。对自然的敬畏，加上人们的好奇，使我们逐渐接近这些奇异的光源。虽然我们还无法完全了解所有发光生物体的发光秘密，但是这些美丽的冷光已经不会再孤独地照亮它们蜗居的黑暗角落，而是被广泛应用于人类的各个领域—从环境监测到生命探测，在各个领域大放异彩。
最早的生物发光现象可以追溯到大约6亿年前。那时，生命诞生伊始，氧气还是一种活跃、高浓度而又危险的物质，发光细菌能够降低氧气的毒性并将其纳入自己的反应体系而发出光芒。
不过，很多人对生物发光的最初印象可能都来自于“囊萤映雪”的故事，绢布袋子中萤火虫发出的莹莹之光照亮一个少年的人生道路。其实，古人很早就观察到了生物发光的现象，3000多年前的《诗经·国风·豳风》中“熠耀宵行”就是在描述闪闪发光的萤火虫。2000多年前的印度古代哲学典籍《奥义书》（Upanishad）中也记载了生物发光的现象。
“雾，烟，太阳，风，
萤火虫，闪电，水晶，月亮
这些最初的诞生
形成了伟大的梵”
古印度佛教哲学家龙树（Nagarjuna）曾将佛比喻成萤火虫和太阳；古希腊哲学家泰勒斯（Thales）、阿那克西美尼（Anaximenes）和亚里士多德（Aristotle）则最先描述了海洋中神秘的生物发光；美洲的玛雅人认为萤火虫发出的光是一种超自然的力量，并作为图腾进行顶礼膜拜。这些或清冷或绚烂的生命之光已经融入不同文明之中。是什么原因让人们如飞蛾般趋光而去呢？
多样的发光生物
魔幻之光 在世界各地的森林中，许多人发现并描述过夜晚森林中的神秘之光。有人说是火狐、鬼火、死去生灵的灵魂等等，这些传说为神秘之光蒙上了一层面纱。这些神秘之光究竟是什么？据推测，这些传说中的神秘之光最有可能是一些小型的发光真菌，这些真菌通常生长在森林中腐烂的木头上。笔者于2007年也曾在湖北孝感的一个森林里发现了一种发出银白色光的真菌，这种真菌生长在腐烂的杉树落叶上。它发出的光被认为是用于吸引趋光性的昆虫，并帮助自身真菌孢子的传播，或者吸引胡蜂攻击一些取食真菌孢子的昆虫。
有些大型真菌也会发光，它们大多生长在热带地区。在澳大利亚的草原上生长着一种叫“星菊菌”的发光蘑菇。当它的孢子随着气流漂泊时，闪着荧光的孢子就像一条变化莫测的彩带，照亮周围大片的地区。发光蘑菇的种类不同，发光部位也不相同。大部分蘑菇的发光部位是菌盖，也有的蘑菇发光部位是菌柄或菌核。
银海 1865年的一个夜晚，整个海洋好像被一层薄薄的雪所覆盖。天空上只飘着小片云，天空是那么的黑，好像暴风雨就要来临。眼前的一切如此壮观，大海变得像磷一样开始燃烧，像被悬在了天空，星星黯然无光，似乎整个世界要开始大燃烧。这是一位叫柯曼的船长在日志中记载的奇异现象。事实上，自1915年，英国气象局就记载了全球235例类似的海洋发光现象。2005年发表在《美国国家科学院院刊》的一张卫星照片显示，在印度洋中，面积大约等同于美国康涅狄格州的区域发光。在这些奇怪的海洋发光现象（俗称“银海”）背后的秘密是什么呢？目前还没有一个确切的答案，据推测，在如此大面积海洋区域中发出梦幻般光芒的主角是最小的发光生物体—发光细菌。在人类孜孜不懈的探索下，银海之谜的面纱终将被揭开。
萤火虫 萤火虫是隶属于鞘翅目的一类昆虫，在它们生命历程的4个阶段（卵、幼虫、蛹、成虫）都会发光。不过，这些光信号的用途却不大一样。卵在孵化前的几天，就开始发出淡淡的萤光，这种周期为2.5～30秒的缓慢光脉冲会警告任何试图冒犯它的敌人。在幼虫漫长的成长过程中（8～10个月），笼罩在它们身上的光芒可以保证其安心“进餐”。由于萤火虫的成虫存活时间非常短暂，并且不吃任何固体的食物，需要完全依靠幼虫期间积累的脂肪生存。所以，幼虫点亮的这种“晚餐烛光”就显得尤为重要。
萤火虫一旦羽化为成虫，它们的“警戒光”就会变成“爱情光”了。更奇特的是，这些频率和强度不同的“爱情光”就像加密过的“摩尔斯电码”，只有特定的接收者才能解密包含在里面的信息，所以在漆黑的夜里，萤火虫也不会找错“结婚对象”。在交配时，雌性多光点萤（因为身上作为警戒标志的小发光点多达32个而得名）找到一个非常显眼的位置，停下来，将尾部朝天翘起，身上的32个小发光器熄灭，只保留一个尾部末端的最大发光器发光。这个光点就像爱情海上的灯塔，指引那些有超常大眼睛的雄性多光点萤飞向它们的“公主”。在交尾完成后，雌虫会产下20多枚卵，随后，身上的32个小发光器再次启动。如果有掠食者胆敢前来冒犯，雌性多光点萤的发光突然变强，尾部同时释放出一股难闻的气体进行防卫。
海洋发光生物 其实，数量众多的发光生物体都生活在深海中，据估计，深海中90%以上的生物都具有发光能力。在这些阳光无法到达的地方，游荡着发蓝色、红色、黄绿色光的奇异生物，发出上百个蓝色光点的乌贼、闪烁出绿色光芒的水母、宛如萤火虫闪光的发光鱼……在黑暗中，生物进化出了发光本领，进行两性交流、捕食、警戒及防卫等。
抽丝剥茧般揭开发光秘密
从对生物发光的恐惧、惊叹、赞美到开始探索生物如何发光，人类用去了很长时间。在60多年真正意义上的科学探索中，多种生物发光体系被逐渐研究并详细阐述。
最先被破译的还是萤火虫的发光原理。萤火虫之所以会发光，是因为在它们的发光器中，萤光素（luciferin）、萤光素酶（luciferase）、氧及三磷酸腺苷（ATP）四者会进行复杂而高效的生化反应。简单来说，就是ATP、萤光素先与萤光素酶结合成一个复合体，随后，氧气负责氧化萤光素-萤光素酶复合体，最后释放出二氧化碳和光。在整个生化反应中，生物能ATP转化成光能。
存在于水母体内的绿色荧光蛋白（GFP）则有完全不同的发光机制。GFP的发色团能够吸收紫外光或蓝光的能量，之后再以绿色光的形式把能量释放出来。也就是说，GFP不需要额外的蛋白质就能发光。更有意思的是，经过改造后的GFP可以发出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同的光色，甚至在不同条件下能变换颜色，大大扩展了荧光蛋白的使用范围。日本有机化学家兼海洋生物学家下村修、美国生物学家马丁·沙尔菲和美籍华人钱永健因为这一发现及在GFP上的贡献，共同获得了2008年度诺贝尔化学奖。在颁奖时，瑞典皇家科学院给予了相当高的评价：“绿色荧光蛋白在过去的10年中成为生物化学家、生物学家、医学家和其他研究人员的引路明灯……成为当代生物科学研究中最重要的工具之一。”
从三磷酸腺苷到报告基因
由于生产和消耗ATP是活细胞基本特征, 而萤光素酶也只有在ATP的驱动下才能发光，所以只要在待测样品中加入荧光素酶，就可以迅速检测出其中活细胞的数量。不仅如此，把萤光素酶的基因作为标记（通常所说的报告基因）插入到被研究细胞的基因组中，这样，在动物存活的情况下就可以用高灵敏度的CCD相机跟踪其中的特定细胞（如骨髓干细胞、T细胞等）。
考虑到萤光素酶还会受到一些污染物的影响，所以那些导入荧光素酶基因的微生物，可以用作检测环境污染的“试纸”。利用基因重组得到的发光细菌已经投入测定地面水污染。有意思的是，污染物不仅可以关闭生物荧光，还可以打开生物荧光的开关（实际上是一些调控荧光蛋白基因是否生产相应蛋白质的DNA序列）。在那些检测汞、铅、砷、锑、镉等重金属的发光细菌中，就有将这样的“开关”同不受重金属影响的荧光素酶相结合的微型探测器。一旦遇到重金属，这些细菌中负责制造荧光素酶的基因就会启动，这样一来，闪闪发光的细菌就能为我们指出污染物的所在了。
虽然荧光素酶在医学和环境监测等多方面都发挥了重要作用，但是它发光所需ATP提供能量的条件，还是大大限制了其使用范围。与此不同的是，只需紫外光的照射，所有的GFP都将发出鲜艳的绿光。将GFP的基因转入作为研究对象的目标中，比如，可以把它连接到癌细胞中，随着癌细胞在宿主体内的不断扩散，就可以通过跟踪GFP发出的绿光来观察癌细胞的扩散途径及机制。借助于GFP，我们能了解生命的奥秘、疾病发生的本质及扩散的途径，从此以后，我们不会再对生命的微观世界束手无策了。
生物发光体系，尤其是GFP的发现和应用，在科技发展史上堪比人类登月，但这仅仅是生物发光研究的一小步，还有更多的奇妙发光生物体需要我们去探索发现。
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