脊椎動物
すでに述べたように脊椎動物は甲皮を持った無顎類のような初期の段階ですでに硬骨化が始まっているが、軟骨魚類はそれが2次的に軟骨化した系統である(すなわち軟骨→硬骨→軟骨という進化史をたどっている)。実際、石炭紀のサメ類の鰭の骨格には硬骨に似た構造があり、現生のサメにも鱗や歯の基部に硬骨組織の痕跡が残っている。
軟骨魚類
サメ類のホオジロザメ
エイ類のMyliobatis aquila
ギンザメ類のCallorhinchus milii
陸上生活に適応した四肢動物で、卵に以下の4種類の膜を持つという共通派生形質を持ち、このような卵を羊膜卵という:
羊膜:胚を保護する
漿膜:ガス交換を行う
卵黄嚢:内部に栄養を蓄積した卵黄を含む
尿膜:代謝老廃物を貯める
乾燥した陸地に適した羊膜卵を得たことで羊膜類は両生類と違い、幼生期を水中で過ごす必要がなくなった。
顎口類は顎のある脊椎動物で、顎口類は顎とそこに生えている歯で餌を捕まえたり噛み砕いたりできる。顎は前方にある咽頭裂(顎口類では「鰓裂」と呼ばれる)を支えるための骨が進化したものだという仮説があり、残りの鰓裂は主にガス交換に用いられるようになった。
遺伝子レベルでは顎口類はHox遺伝子クラスターが重複しているという特徴があり、これが顎の進化などを可能にしたものと考えられる。なお前述のように初期の脊椎動物でもHox遺伝子クラスターの重複が起こっているので、顎口類ではHox遺伝子クラスターが2×2=4つに増えたことになる。