脊椎动物体内有一条由一串脊椎骨连接而成的脊柱，也就是我们通常所说的脊梁骨，它起着支撑身体的作用；脊柱前方有发达的头骨，它与脊柱一起，连同从脊椎骨两侧伸出的肋骨，以及在鱼形脊椎动物中具有的与脊椎骨相联系的奇鳍，构成了脊椎动物的中轴骨骼。大多数的脊椎动物还有一套附肢骨骼，由成对的偶鳍（存在于鱼形脊椎动物身体上）或四肢（存在于四足类脊椎动物身体上）组成，起到平衡、推动身体前进以及在前进时掌握方向的作用。附肢骨骼通过骨质的肢带与身体中轴骨骼相连接，前方的一对肢带叫做肩带，后方的一对叫做腰带。
20世纪之末，我国云南昆明海口地区发现了几种5亿2千万年前的原始脊椎动物：昆明鱼、海口鱼和海口虫。它们表明，脊椎动物的历史至少从寒武纪早期就开始了。尤其是海口虫，其解剖学特征一方面与现代仍生存的原始脊索动物文昌鱼惊人地相似，另一方面又显示了明显的脊椎动物的特征，如具有位于身体前端的脑、原脊椎、身体侧面的眼睛、软骨化的鳃弓和矿化的咽喉齿等等。软骨化的鳃弓和矿化的咽喉齿都是神经脊的派生物，它们的存在证明海口虫已经处于头索动物与脊椎动物分异点附近向脊椎动物方向演化的关键位置上。 现代的脊椎动物无疑都具备脊椎和头颅，但是在脊椎动物刚刚出现的原始阶段，也许这样的显著特征并没有最终完成。那么什么才是最原始脊椎动物的关键特征呢？最近的研究发现，脊椎动物在胚胎发育早期存在着无脊椎动物所没有的一种叫做神经脊的组织。这一组织直接或间接地参与了大量脊椎动物所特有的组织和器官的发生过程。因此，神经脊很可能就是区分脊椎动物与无脊椎的脊索动物的关键特征，它的出现是使脊椎动物成为一支进化上最为成功的动物类群的主要原因。 海口虫是我国古生物学家陈均远研究员发现的，标本数量多达300余条。这些大小只有3厘米的原始鱼形脊椎动物化石标本保存了眼、性腺、心脏、血管、脊索、肠道、生殖腺、神经索以及神经索前端膨大的分成三个部分的脑。如此完好的化石为科学家揭开这种生活在5亿2千万年前的原始脊椎动物的秘密及其生态环境的奥秘提供了大量的科学信息。
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