脊椎動物
現生種の遺伝子の解析等から、以下のことが分かっている。
初期の脊索動物は頭索動物のナメクジウオのような動物であり、口、脊索、背側神経管、咽頭裂、肛門より後方の尾を持っていたと思われる。
「ナメクジウオの脳は十分発達しておらず、単に神経管の先端部がいくらか膨らんでいるだけ」だが、この先端部の構造が複雑性を増して脊椎動物の脳が進化したと考えられる。その根拠は脊椎動物の前脳・中脳・後脳の主要部を制御するホメオボックス遺伝子がナメクジウオでも同じパターンで発現していること。
心臓や甲状腺のような脊椎動物特有の構造を制御する遺伝子が脊索動物の祖先にすでに備わっていたことがホヤの全ゲノム解析から示唆されている。
脊椎動物特有の構造である神経堤に似た性質のある細胞がホヤから発見されているが、ナメクジウオにはこのような細胞がなく、ホヤは神経堤の進化の中間段階にある可能性がある。
鱗竜類は、現生のものは有鱗類(トカゲとヘビ)とムカシトカゲ類からなり、有鱗類は爬虫類の中では最も種が多い系統である。有鱗類のうちヘビ類は、四肢のあるトカゲ類から進化したものである。
ムカシトカゲ類は遅くとも2億2,000万年前には出現し、白亜紀までは繁栄していたが、2016年現在はニュージーランドに近い島々に住んでいるのみである。寿命は100歳を超える。
主竜類
有鱗類のフトアゴヒゲトカゲ Pogona vitticeps
ムカシトカゲ
胸鰭と腹鰭が指のある四肢に進化した肉鰭類。四肢によって歩行する。陸上生活に適応しており、頚(くび)が生じて頭部が分離されている。完全に水生の種以外は鰓を持たず、代わりに耳や腺性器官を胚発生の際に作り出す。
双弓類は頭骨の側頭部に2つの穴を持つことを共通派生形質とする動物である(右図)。
鳥類以外の現生の双弓類はケラチンを主成分とする鱗に覆われているという共有派生形質を持ち、この鱗で乾燥や摩擦から皮膚を守っている。またほとんどの爬虫類の卵は殻で覆われている。多くの爬虫類は陽射しのような体外の熱で体温調整を行う外温性の動物であり、鳥類や哺乳類のような代謝により体温を維持する内温性の動物と区別される。
ヌタウナギとヤツメウナギからなり、脊椎動物の中で顎を持たないという特徴を持つ。脊椎骨を持たないがその痕跡はある。なお、かつてヌタウナギには脊骨がないとされ、脊椎動物から外されていたが、その後分子系統解析が進み、脊椎骨の痕跡が見つかると脊椎動物に分類されるようになった。
円口類
ヌタウナギの仲間 Eptatretus stoutii
スナヤツメLethenteron reissneriの成体。