La bioluminescence — la production de lumière par des réactions chimiques biologiques (lucifèrine + luciférase + ATP) — est de loin la forme de communication et de signalisation la plus commune dans les profondeurs marines, où aucune lumière solaire ne pénètre. On estime que plus de 76% des espèces marines vivant en dessous de 200 mètres sont capables de bioluminescence. Les fonctions de la bioluminescence sont variées selon les espèces : camouflage contre-illumination (certains céphalopodes et poissons produisent une lumière ventrale pour correspondre à la faible lumière venant d’en haut, effaçant leur ombre et les rendant invisibles depuis le bas), leurre (la baudroie des abysses utilise son illicium lumineux pour attirer les proies dans l’obscurité), communication sexuelle (plusieurs espèces de dinoflagellées, ostracodes et copépodes produisent des patterns lumineux spécifiques au sexe pour se retrouver dans l’obscurité), défense par éclair aveuglant, et signalisation d’alarme. La bioluminescence a évolué indépendamment plus de 40 fois dans l’histoire évolutive des animaux marins — un cas exceptionnel d’évolution convergente.
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