Происхождение люминесценции у живых организмов, несмотря на значительные успехи, достигнутые в последние десятилетия, остается загадкой, впервые отмеченной Ч. Дарвиным (1859 г.). В настоящем обзоре рассмотрены механизмы биолюминесценции бактерий. Основные результаты были получены путем анализа структуры генов lux-оперонов, ферментов (люциферазы) и механизмов биолюминесценции у нескольких видов морских бактерий, принадлежащих трем родам – Vibrio, Aliivibrio и Photobacterium (A. fischeri, V. harveyi, P. leiognathi, P. phosphoreum), и у наземных бактерий рода Photorhabdus (Ph. luminescens). Представлены структуры и механизмы регуляции экспрессии lux-оперонов. Приведены основные характеристики люциферазы и катализируемой ею люминесцентной реакции (стадии реакции окисления кислородом FMNH₂ и тетрадеканаля, пространственная структура, фолдинг, рефолдинг макромолекулы). Рассмотрены основные концепции происхождения бактериальной люминесценции и ее роль в экологии современной морской фауны, в том числе ее вклад в процессы детоксикации активных форм кислорода и репарации ДНК, а также так называемая “bait hypothesis”.