Az összes gerinces állat hipotalamusz-hipofízis-célszerv tengelye hasonló. A hipotalamusz neuroszekréciós rendszere gyengén fejlett az élő Agnatha gerincesek legprimitívebbikében, a süllőben, de a közeli rokon lámpáshalakban minden alapvető csökevény jelen van. A fejlettebb állkapocshalak többségében a hipotalamuszban több jól fejlett neuroszekréciós központ (mag) található, amelyek neurohormonokat termelnek. Ezek a központok a kétéltűek és hüllők vizsgálatával egyre világosabbá válnak, és a különálló magok száma növekszik, és a madaraknál ugyanolyan kiterjedtek, mint az emlősöknél. Az emberben található neurohormonok némelyikét nem emlősökben is azonosították, és ezek a neurohormonok hasonló hatást fejtenek ki az agyalapi mirigy sejtjeire, mint amit fentebb az emlősöknél leírtak.

A gerincesek hipotalamusa két vagy több, az emlősök oxitocinjához és vazopresszinjéhez hasonló kémiai és biológiai tulajdonságokkal rendelkező neurohormonális peptidet választ ki (kivéve az Agnatha halakat, amelyek csak egyet termelnek). Az oxitocinszerű peptid általában izotocin (a legtöbb hal) vagy mezotocin (kétéltűek, hüllők és madarak). A második peptid az argininvazotocin, amely minden nem emlős gerincesben, valamint a magzati emlősökben is megtalálható. Kémiailag a vazotocin az oxitocin és a vazopresszin hibridje, és úgy tűnik, hogy rendelkezik mind az oxitocin (amely serkenti a szaporodási traktus izmainak összehúzódását, így szerepet játszik a tojásrakásban vagy a szülésben), mind a vazopresszin (amely vagy vizelethajtó vagy antidiuretikus tulajdonságokkal rendelkezik) biológiai tulajdonságaival. A nem emlősökben az oxitocinszerű anyagok funkciói ismeretlenek.

Az agyalapi mirigyek minden gerincesben lényegében ugyanazokat a trópusi hormonokat termelik: tirotropint (TSH), kortikotropint (ACTH), melanotropint (MSH), prolaktint (PRL), növekedési hormont (GH) és egy vagy két gonadotropint (általában FSH- és LH-szerű hormonokat). E trópusi hormonok termelését és felszabadulását a hipotalamuszból származó neurohormonok irányítják. A teleosthalak sejtjeit azonban közvetlenül innerválják. Így ezek a halak neurohormonokra és neurotranszmitterekre is támaszkodhatnak a trópusi hormonok felszabadulásának serkentésében vagy gátlásában.

A hipotalamusz-hipofízis-célszerv tengelyt alkotó célszervek közé tartozik a pajzsmirigy, a mellékvesék és a gonádok. Egyéni szerepüket az alábbiakban tárgyaljuk.

A pajzsmirigy tengely

Az agyalapi mirigy által szekretált tirotropin stimulálja a pajzsmirigyet, hogy pajzsmirigyhormonokat szabadítson fel, amelyek segítenek a fejlődés, a növekedés, az anyagcsere és a szaporodás szabályozásában. Az emberben ezeket a pajzsmirigyhormonokat trijódtironin (T3) és tiroxin (T4) néven ismerjük. A pajzsmirigy evolúciója nyomon követhető a gerinctelenektől a gerincesekig tartó evolúciós fejlődésben. A pajzsmirigy a protochordaták (a Chordata törzs valamennyi nem gerinces tagja) jodidfogó, glikoprotein-kiválasztó mirigyéből fejlődött ki. A pajzsmirigyhormonok fontos összetevőjének, a jodidnak a koncentrálására való képesség sok gerinctelen állatnál általában a test felszínén jelentkezik. A protochordatákban ez a képesség, hogy a jodidot egy glikoproteinhez kösse és pajzsmirigyhormonokat termeljen, a fej garat régiójában található endostílusban, egy mirigyben specializálódott. Amikor ezeket a jódozott fehérjéket lenyelik és enzimek által lebontják, a pajzsmirigyhormonokként ismert jódozott aminosavak szabadulnak fel. Az ősgerinces lámpáshalak lárvái is rendelkeznek a protochordatákéhoz hasonló endosztilussal. Amikor a lámpáslárva átalakul kifejlett lámpássá, az endostílus darabokra törik. Az így keletkező endostyle sejtcsomók a pajzsmirigy különálló tüszőivé differenciálódnak. A pajzsmirigyhormonok valójában a metamorfózist irányítják a lámpáshalak, a csontos halak és a kétéltűek lárváiban. A halak pajzsmirigyei elszórtan elhelyezkedő tüszőkből állnak a garat tájékán. A négylábúaknál és néhány halnál a pajzsmirigyet egy kötőszöveti réteg veszi körül.

A mellékvese tengely

A mellékvese tengely az emlősöknél és a nem emlősöknél nem azonos módon épül fel. Emlősöknél a mellékvesekéreg különálló struktúra, amely a belső mellékvesekéreg-medullát veszi körül; a mellékvese a vesék tetején helyezkedik el. Mivel a mellékvesekéreg és a mellékvesekéreg-medulla sejtjei a nem emlősökben nem alkotnak különálló struktúrákat, mint az emlősökben, ezért gyakran különböző kifejezésekkel hivatkoznak rájuk; az emlősökben a mellékvesekéregnek megfelelő sejteket interrenális sejteknek, a mellékvesekéregnek megfelelő sejteket pedig kromaffin sejteknek nevezik. A primitív nem emlősöknél a mellékveséket néha interrenális mirigyeknek nevezik.

A halaknál az interrenális és a chromaffin sejtek gyakran a vesékbe ágyazódnak, míg a kétéltűeknél diffúzan oszlanak el a vese felszíne mentén. A hüllők és a madarak különálló mellékvesékkel rendelkeznek, de az anatómiai kapcsolat olyan, hogy gyakran a “kéreg” és a “medulla” nem különálló egységek. Az agyalapi mirigy adrenokortikotropin hormonjának hatására a mellékvesekéregsejtek szteroidokat termelnek (négylábúaknál általában kortikoszteront, halaknál kortizolt), amelyek befolyásolják a nátrium- és vízháztartást, valamint az anyagcserét.

A gonádtengely

Az agyalapi mirigy által szekretált gonadotropinok alapvetően LH- és/vagy FSH-szerűek a gerincesek gonádjaira gyakorolt hatásukban. Általában az FSH-szerű hormonok elősegítik a petesejtek és a spermiumok fejlődését, az LH-szerű hormonok pedig az ovulációt és a spermiumok felszabadulását; mindkét típusú gonadotropin serkenti a szteroid hormonok (androgének, ösztrogének és bizonyos esetekben a progeszteron) kiválasztását az ivarmirigyekből. Ezek a szteroidok az embernél leírtakhoz hasonló hatásokat váltanak ki. A progeszteron például számos hal, kétéltű és hüllő esetében elengedhetetlen a normális vemhességhez, amelyben a kicsinyek az anya szaporodási traktusában fejlődnek és élve jönnek világra. Az androgének (néha a tesztoszteron, de gyakran más szteroidok fontosabbak) és az ösztrogének (általában az ösztradiol) befolyásolják a hím és nőstény tulajdonságokat és viselkedést.

A pigmentáció szabályozása

Az agyalapi mirigy által szekretált melanotropin (melanocita-stimuláló hormon, vagy MSH) szabályozza a sötét pigment, a melanin nagy mennyiségét tartalmazó csillag alakú sejteket (melanofórok), különösen a kétéltűek, valamint egyes halak és hüllők bőrén. Nyilvánvalóan a felszínről visszaverődő fény stimulálja a fotoreceptorokat, amelyek információt küldenek az agyba, majd onnan a hipotalamuszba. Az agyalapi melanotropin ezután a melanofórokban lévő pigment szétszóródását és a bőr sötétedését okozza, néha egészen drámai mértékben. Több vagy kevesebb melanotropin felszabadításával az állat képes színezetét a hátteréhez igazítani.

Növekedési hormon és prolaktin

Az agyalapi mirigy által szekretált növekedési hormon és prolaktin funkciói jelentősen átfedik egymást, bár a prolaktin általában a víz- és sóháztartást szabályozza, míg a növekedési hormon elsősorban a fehérjeanyagcserét és ezáltal a növekedést befolyásolja. A prolaktin teszi lehetővé a vándorló halak, például a lazacok számára a sós vízből az édesvízbe való átállást. A kétéltűeknél a prolaktint lárvák növekedési hormonjaként írták le, és megakadályozhatja a lárva felnőtté válását is. A kifejlett kétéltűek vízkereső viselkedését (ún. vízhajtás), amelyet a tavakban történő szaporodás előtt gyakran megfigyelhetünk, szintén a prolaktin irányítja. A diszkoszhalak bőre által termelt fehérjében gazdag váladék (az úgynevezett “diszkosztej”) termelését, amelyet a fiatal utódok táplálására használnak, egy prolaktinszerű hormon okozza. Hasonlóképpen, a prolaktin serkenti a galambok természacskójából származó váladékot (“galamb” vagy “termés” tej), amelyet az újonnan kikelt kicsinyeknek adnak. Ez a hatás emlékeztet a prolaktinnak a szoptató emlősök emlőmirigyére gyakorolt hatására. Úgy tűnik, hogy a prolaktin részt vesz a nem emlősök számos nemi járulékos struktúrájának differenciálódásában és működésében, valamint az emlősök prosztata mirigyének stimulálásában is. A prolaktin például serkenti a speciális szaporodási váladékokért felelős kloáka mirigyeket. A prolaktin olyan külső nemi jellegzetességeket is befolyásol, mint a nászpárna (a nőstény átkarolására) és a farok magassága a hím szalamandráknál.