L’asse ipotalamo-ipofisi-organo bersaglio di tutti i vertebrati è simile. Il sistema neurosecretorio ipotalamico è scarsamente sviluppato nel più primitivo dei vertebrati viventi Agnatha, i pesci gatto, ma tutti i rudimenti di base sono presenti nelle lamprede strettamente correlate. Nella maggior parte dei pesci con mascelle più avanzate ci sono diversi centri neurosecretori (nuclei) ben sviluppati nell’ipotalamo che producono neuroormoni. Questi centri diventano più chiaramente definiti e aumentano nel numero di nuclei distinti man mano che si esaminano gli anfibi e i rettili, e sono estesi negli uccelli come nei mammiferi. Alcuni degli stessi neuroormoni che si trovano negli esseri umani sono stati identificati nei non mammiferi, e questi neuroormoni producono effetti simili sulle cellule dell’ipofisi come descritto sopra per i mammiferi.

Due o più peptidi neuroormonali con proprietà chimiche e biologiche simili a quelle dei mammiferi ossitocina e vasopressina sono secreti dall’ipotalamo dei vertebrati (tranne nei pesci Agnatha, che ne producono solo uno). Il peptide simile all’ossitocina è di solito isotocina (la maggior parte dei pesci) o mesotocina (anfibi, rettili e uccelli). Il secondo peptide è la vasotocina arginina, che si trova in tutti i vertebrati non-mammiferi e nei mammiferi fetali. Chimicamente, la vasotocina è un ibrido di ossitocina e vasopressina, e sembra avere le proprietà biologiche sia dell’ossitocina (che stimola la contrazione dei muscoli del tratto riproduttivo, giocando così un ruolo nella deposizione delle uova o nella nascita) che della vasopressina (con proprietà diuretiche o antidiuretiche). Le funzioni delle sostanze simili all’ossitocina nei non mammiferi sono sconosciute.

Le ghiandole pituitarie di tutti i vertebrati producono essenzialmente gli stessi ormoni tropicali: tireotropina (TSH), corticotropina (ACTH), melanotropina (MSH), prolattina (PRL), ormone della crescita (GH), e una o due gonadotropine (di solito ormoni simili a FSH e LH). La produzione e il rilascio di questi ormoni tropicali sono controllati da neuro-ormoni dell’ipotalamo. Le cellule dei pesci teleostei, tuttavia, sono innervate direttamente. Così, questi pesci possono contare su neuroormoni e neurotrasmettitori per stimolare o inibire il rilascio di ormoni tropicali.

Tra gli organi bersaglio che costituiscono l’asse ipotalamo-ipofisi-organo bersaglio sono la tiroide, le ghiandole surrenali e le gonadi. I loro ruoli individuali sono discussi di seguito.

L’asse tiroideo

La tiroide secreta dall’ipofisi stimola la tiroide a rilasciare ormoni tiroidei, che aiutano a regolare lo sviluppo, la crescita, il metabolismo e la riproduzione. Negli esseri umani, questi ormoni tiroidei sono conosciuti come triiodotironina (T3) e tiroxina (T4). L’evoluzione della ghiandola tiroidea è rintracciabile nello sviluppo evolutivo degli invertebrati ai vertebrati. La ghiandola tiroidea si è evoluta da una ghiandola secernente ioduro e glicoproteina dei protocordati (tutti i membri non vertebrati del phylum Chordata). La capacità di molti invertebrati di concentrare lo ioduro, un ingrediente importante negli ormoni tiroidei, avviene generalmente sulla superficie del corpo. Nei protocordati, questa capacità di legare lo ioduro a una glicoproteina e produrre ormoni tiroidei si è specializzata nell’endostilo, una ghiandola situata nella regione faringea della testa. Quando queste proteine iodate vengono inghiottite e scomposte dagli enzimi, vengono rilasciati gli aminoacidi iodati noti come ormoni tiroidei. Le larve delle lamprede vertebrate primitive hanno anche un endostilo come quello dei protocordati. Quando una larva di lampreda subisce la metamorfosi in una lampreda adulta, l’endostilo si rompe in frammenti. I grumi risultanti di cellule dell’endostilo si differenziano nei follicoli separati della ghiandola tiroidea. Gli ormoni tiroidei dirigono effettivamente la metamorfosi nelle larve di lamprede, pesci ossei e anfibi. Le tiroidi dei pesci consistono in follicoli sparsi nella regione faringea. Nei tetrapodi e in alcuni pesci, la tiroide viene incapsulata da uno strato di tessuto connettivo.

L’asse surrenale

L’asse surrenale nei mammiferi e nei non mammiferi non è costruito secondo le stesse linee. Nei mammiferi la corteccia surrenale è una struttura separata che circonda il midollo surrenale interno; la ghiandola surrenale si trova sopra i reni. Poiché le cellule della corteccia surrenale e del midollo surrenale non formano strutture separate nei non mammiferi come fanno nei mammiferi, sono spesso indicate con termini diversi; le cellule che corrispondono alla corteccia surrenale nei mammiferi sono chiamate cellule interrenali, e le cellule che corrispondono al midollo surrenale sono chiamate cellule cromaffini. Nei primitivi non mammiferi le ghiandole surrenali sono talvolta chiamate ghiandole interrenali.

Nei pesci le cellule interrenali e cromaffini sono spesso incorporate nei reni, mentre negli anfibi sono distribuite diffusamente lungo la superficie dei reni. Rettili e uccelli hanno ghiandole surrenali discrete, ma il rapporto anatomico è tale che spesso la “corteccia” e il “midollo” non sono unità distinte. Sotto l’influenza dell’ormone adrenocorticotropinico ipofisario, le cellule interrenali producono steroidi (di solito corticosterone nei tetrapodi e cortisolo nei pesci) che influenzano l’equilibrio del sodio, l’equilibrio idrico e il metabolismo.

L’asse gonadico

Le gonadotropine secrete dall’ipofisi sono sostanzialmente LH-like e/o FSH-like nella loro azione sulle gonadi dei vertebrati. In generale, gli ormoni FSH-simili promuovono lo sviluppo di uova e sperma e gli ormoni LH-simili causano l’ovulazione e il rilascio di sperma; entrambi i tipi di gonadotropine stimolano la secrezione di ormoni steroidei (androgeni, estrogeni e, in alcuni casi, progesterone) dalle gonadi. Questi steroidi producono effetti simili a quelli descritti per gli esseri umani. Per esempio, il progesterone è essenziale per la normale gestazione in molti pesci, anfibi e rettili in cui i piccoli si sviluppano nel tratto riproduttivo della madre e vengono consegnati vivi. Gli androgeni (a volte il testosterone, ma spesso altri steroidi sono più importanti) e gli estrogeni (di solito l’estradiolo) influenzano le caratteristiche e il comportamento maschile e femminile.

Controllo della pigmentazione

La melanotropina (ormone stimolante i melanociti, o MSH) secreta dall’ipofisi regola le cellule a forma di stella che contengono grandi quantità di pigmento scuro melanina (melanofori), specialmente nella pelle degli anfibi e in alcuni pesci e rettili. Apparentemente, la luce riflessa dalla superficie stimola i fotorecettori, che inviano informazioni al cervello e a sua volta all’ipotalamo. La melanotropina ipofisaria fa sì che il pigmento nei melofori si disperda e la pelle si scurisca, a volte in modo drammatico. Rilasciando più o meno melanotropina, un animale è in grado di adattare la sua colorazione al suo sfondo.

Ormone della crescita e prolattina

Le funzioni dell’ormone della crescita e della prolattina secreta dall’ipofisi si sovrappongono notevolmente, anche se la prolattina di solito regola l’equilibrio idrico e salino, mentre l’ormone della crescita influenza principalmente il metabolismo delle proteine e quindi la crescita. La prolattina permette ai pesci migratori come il salmone di adattarsi dall’acqua salata all’acqua dolce. Negli anfibi, la prolattina è stata descritta come un ormone della crescita larvale, e può anche impedire la metamorfosi della larva nell’adulto. Il comportamento di ricerca dell’acqua (il cosiddetto water drive) degli anfibi adulti, spesso osservato prima della riproduzione negli stagni, è anche controllato dalla prolattina. La produzione di una secrezione ricca di proteine dalla pelle del pesce discus (chiamata “latte di discus”) che è usata per nutrire la giovane prole è causata da un ormone simile alla prolattina. Allo stesso modo, la prolattina stimola le secrezioni del sacco vitellino dei piccioni (latte di “piccione” o di “coltura”), che vengono alimentate ai piccoli appena nati. Questa azione ricorda le azioni della prolattina sulla ghiandola mammaria dei mammiferi che allattano. La prolattina sembra anche essere coinvolta nella differenziazione e nella funzione di molte strutture accessorie del sesso nei non mammiferi, e nella stimolazione della ghiandola prostatica dei mammiferi. Per esempio, la prolattina stimola le ghiandole cloacali responsabili di speciali secrezioni riproduttive. La prolattina influenza anche le caratteristiche sessuali esterne, come i cuscinetti nuziali (per afferrare la femmina) e l’altezza della coda nei maschi di salamandra.