Khi bạn bật một chiếc đèn pin bình thường, có điều gì đó khác xảy ra bên cạnh chùm sáng chiếu lên tường. Nếu bạn để đèn sáng trong vài phút, phần kính bắt đầu thấy ấm. Bóng đèn đang lãng phí năng lượng bằng cách tạo ra nhiệt thay vì biến toàn bộ điện năng thành ánh sáng. Một con đom đóm đậu trên tay bạn không làm thế. Khi đom đóm phát sáng, phần đuôi của nó vẫn mát. Nếu nó tạo ra nhiệt giống như bóng đèn, chú côn trùng nhỏ bé sẽ bị nấu chín từ trong ra ngoài.
Các nhà khoa học gọi đây là ánh sáng lạnh, hay còn gọi là sự phát quang sinh học. Đó là một từ dài cho một ý tưởng đơn giản. Sinh học nghĩa là sinh vật sống. Phát quang nghĩa là tỏa ra ánh sáng. Đom đóm không phải là loài duy nhất làm được điều này, nhưng chúng là loài chúng ta hay gặp nhất ở sân nhà và công viên. Vào bất kỳ đêm nào, mọi người dùng bản đồ Alitaptap đang ghi lại các lần nhìn thấy đom đóm khác nhau trên khắp thế giới. Ngay lúc này, ở những nơi như Bitely, Michigan, và Swannanoa, Bắc Carolina, những người quan sát đang phát hiện ra Đom đóm mùa đông. Xử sở bên kia đại dương ở Savitaipale, Phần Lan, và Salzhemmendorf, Đức, mọi người đang tìm thấy sâu phát quang châu Âu. Mặc dù những loài côn trùng này sống ở các nơi khác nhau và trông khác nhau, tất cả chúng đều dùng chung một công thức hóa học để tạo ra ánh sáng.
Để hiểu điều kỳ diệu này diễn ra thế nào, chúng ta phải nhìn vào bên trong đuôi đom đóm. Đuôi đom đóm chứa một chất hóa học đặc biệt gọi là luciferin. Tên này bắt nguồn từ một từ cổ có nghĩa là kẻ mang ánh sáng. Tự bản thân nó, luciferin chỉ nằm đó trong bóng tối. Nó cần một người bạn đồng hành để đánh thức nó dậy. Người bạn đó là một loại enzyme gọi là luciferase. Hãy coi luciferin như củi khô và enzyme giống như que diêm giúp nó bắt đầu. Nhưng ngay cả với củi khô và diêm, bạn vẫn cần thêm một thứ nữa để tạo ra lửa. Bạn cần oxy.
Khi đom đóm muốn chớp sáng, nó mở một chiếc van nhỏ trong cơ thể. Van này cho không khí ùa vào các ống bên trong bụng. Oxy trộn lẫn với luciferin và luciferase. Ngay lập tức, một phản ứng hóa học diễn ra. Các nguyên tử sắp xếp lại và giải phóng năng lượng. Thay vì giải phóng năng lượng đó dưới dạng nhiệt, phản ứng gói gọn hầu hết nó thành các hạt ánh sáng gọi là photon. Đó là lý do ánh sáng không có nhiệt. Đó là một mẹo hóa học khéo léo mà con người đã cố gắng sao chép trong các phòng thí nghiệm nhiều năm mà chưa bao giờ sánh kịp hiệu suất của một chú bọ.
Hệ thống này giúp đom đóm kiểm soát hoàn toàn ánh sáng của mình. Côn trùng này không có công tắc đèn trên lưng, nên nó điều khiển lượng oxy thay thế. Khi van đóng lại, oxy ngừng lưu thông. Phản ứng hóa học cạn kiệt nhiên liệu chỉ trong tích tắc, và ánh sáng tắt ngấm. Khi van mở ra lần nữa, ánh sáng lại lóe lên. Một số đom đóm có thể mở và đóng các van này rất nhanh. Đó là lý do chúng dường như nhấp nháy theo mã Morse, phát ra các tín hiệu đặc biệt để tìm nhau trong bóng tối.
Tuy nhiên, không phải tất cả đom đóm đều nhấp nháy. Nếu bạn nhìn vào các điểm quan sát Alitaptap từ những nơi như Đỉnh Cooper ở Oregon hay Endingen am Kaiserstuhl ở Đức, bạn sẽ thấy các ghi chép về sâu phát quang. Sâu phát quang cái không có cánh. Chúng bò quanh trên mặt đất và phát ra ánh sáng đều đặn, không đổi thay vì chớp nhanh. Chúng vẫn dùng luciferin, luciferase và oxy, nhưng cơ thể chúng giữ van mở lâu hơn. Chúng đậu trên lá hoặc đá giống như những chiếc đèn ngủ màu xanh nhỏ bé, chờ đợi con đực bay đến để chú ý tới mình.
Hóa học chỉ là một nửa câu chuyện. Nếu bạn nhìn vào chiếc đuôi phát sáng của đom đóm dưới kính hiển vi, bạn sẽ thấy nó được cấu tạo như một chiếc đèn lồng nhỏ. Lớp da trong suốt trên đuôi không hề nhẵn nhụi. Nó sần sùi với những chiếc vảy nhỏ sắc cạnh. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những nốt sần này giúp hắt ánh sáng ra ngoài. Nếu da phẳng lì, phần lớn ánh sáng sẽ bị kẹt lại bên trong cơ thể côn trùng, nảy qua nảy lại cho đến khi mờ dần. Những chiếc vảy sần sùi hoạt động giống như thấu kính trên đèn pin, đẩy ánh sáng ra ngoài không gian ban đêm nơi những con đom đóm khác có thể nhìn thấy từ xa.
Mọi người đã thắc mắc về ánh sáng này suốt hàng trăm năm. Trước khi có kính hiển vi và phòng thí nghiệm hóa học, mọi người kể những câu chuyện về những tia lửa rơi từ các vì sao hoặc bụi phép thuật do các nàng tiên để lại. Giờ đây chúng ta biết đó chỉ là khoa học đang hoạt động. Đó là sự pha trộn của các nguyên tử carbon, hydro, nitơ, oxy và lưu huỳnh kết hợp lại với nhau trong một chiếc bụng nhỏ xíu. Mỗi khi bạn ghi lại một con đom đóm trên bản đồ, dù đó là Đom đóm miền Đông phổ biến ở San Antonio, Texas, hay đom đóm tối màu ở Tucson, Arizona, bạn đang chứng kiến thứ hóa học hoạt động y hệt như vậy trong hàng triệu năm.