Дарвин в более поздних изданиях “Происхождения видов” в главе, посвященной особым трудностям, с которыми встретилась теория естественного отбора, относит к таковым объяснение путем отбора образования таких удивительных органов, как электрические органы, и органы вырабатывающие свет. Мы считаем целесообразным посвятить этому вопросу немного внимания. Если до настоящего времени загадка эволюции органов, вырабатывающих электричество и свет, окончательно не выяснена, то во всяком случае мы уже знаем столько, что можем себе представить вероятный процесс их эволюции.
Процесс люминесценции в основном заключается в окислении субстанции, называемой люциферином, при помощи фермента люциферазы. Существует два вида образования света - внутри и внеклеточный. В первом случае весь этот процесс происходит внутри клеток, без выделения наружу светящегося вещества, в другом же клетки выделяют наружу светящуюся слизь. Внутриклеточное образование света должно быть связано с последующей редукцией окисленного люциферина и с восстановлением люциферина, способного светиться.
Внутриклеточно светятся многие бактерии и грибы. Оказалось, что одно единственное мутационное изменение, касающееся субстанций, принимающих участие в реакциях окисления, то есть дыхания, может вызвать процесс люминесценции или его исчезновение. Многочисленными исследованиями, произведенными на светящихся бактериях, обнаружено, что мутационным путем могут возникать штаммы этих бактерий, которые или вообще не образуют света, или образуют значительно менее интенсивный свет.
Базируясь на классических исследованиях польского ученого Радишевского и француза Дюбуа, Е. Н. Харви и его сотрудники сумели установить сколь различным образом генетические изменения могут вызвать люминесценцию, привести к изменению интенсивности ее, или к возникновению штаммов, лишенных этой способности. В результате мутационных изменений в пределах одной группы организмов могут развиться как люминесцирующие виды, так и виды, лишенные этого свойства. Некоторые виды жгутиковых, например, из рода Ceratium светятся, другие же, родственные им, не излучают света.
Хорошо известна способность к люминесценции у морского жгутикового Noctiluca, которое, встречаясь в большом количестве, приводит к свечению моря.
Однако можно было убедиться, что некоторые особи, являющиеся несомненно мутантами, не излучают света. Принято считать, что способность к люминесценции развилась независимо у многих организмов, и что наличие этой способности или отсутствие ее может зависеть от мутации отдельного гена. У грибов, например, можно скрещивать люминесцирующие и не люминесцирующие разновидности из вида Panus stipicus, причем оказалось, что способность к люминесценции наследуется как доминирующий признак.
Наибольшие трудности представляет объяснение образования у организмов, которые обладают люминесценцией внутриклеточного происхождения, сложных органов свечения, которые по своему строению сходны с органами зрения. Глаз является фотохимическим органом, то есть органом, превращающим световые раздражения в биохимические реакции. Органы свечения же являются хемофотическими, то есть превращают химические реакции в световые раздражители. Строение органов свечения, встречаемых у головоногих и глубинных рыб, очень сложно. Функция этих органов зависит от взаимодействия всех их отдельных частей. В органе, кроме клеток, вырабатывающих свет, имеется пигментный слой, линзы и другие структуры.
Объяснение развития этих органов для теории естественного отбора не представляет, однако, больших трудностей, чем, например, объяснение развития сложного по своему строению и функции глаза из первичного светочувствительного пигментного пятна. Органы свечения развились у организмов, живущих преимущественно в вечной темноте морских глубин. Многие глубоководные виды, лишенные способности к люминесценции, не имеют также развитых глаз, которые в этих условиях становятся лишними, зато те виды, у которых имеются глаза, обычно имеют хорошо развитые органы свечения.
Эти органы могут исполнять различную функцию. Они могут служить для приманивания добычи, как, например, у многих глубинных рыб, могут действовать отпугивающе, играть роль в привлечении особей другого пола. Испускаемый свет может быть разного цвета. Иногда одна особь имеет много световых органов, искрящихся разными цветами: желтым, голубым, красным. Разная окраска света обусловлена разными световыми субстанциями.