Os eixos dos órgãos hipotalâmico-hipófise-alvo de todos os vertebrados são semelhantes. O sistema neurosecretário hipotalâmico está pouco desenvolvido no mais primitivo dos vertebrados vivos Agnatha, os hagfishes, mas todos os rudimentos básicos estão presentes nas lampreias intimamente relacionadas. Na maioria dos peixes de mandíbula mais avançada existem vários centros neurosecretóricos (núcleos) bem desenvolvidos no hipotálamo que produzem neurohormonas. Estes centros tornam-se mais claramente definidos e aumentam o número de núcleos distintos à medida que os anfíbios e répteis são examinados, e são tão extensos em aves como em mamíferos. Alguns dos mesmos neurohormones que são encontrados em humanos foram identificados em não-mamíferos, e estes neurohormones produzem efeitos similares em células da hipófise como descrito acima para mamíferos.

Dois ou mais peptídeos neurohormones com propriedades químicas e biológicas similares às da oxitocina e vasopressina de mamíferos são secretados pelo hipotálamo vertebrado (exceto nos peixes Agnatha, que produzem apenas um). O peptídeo tipo oxitocina é geralmente isotocina (a maioria dos peixes) ou mesotocina (anfíbios, répteis e aves). O segundo peptídeo é a vasotocina arginina, que é encontrada em todos os vertebrados não mamíferos, bem como em mamíferos fetais. Quimicamente, a vasotocina é um híbrido de oxitocina e vasopressina, e parece ter as propriedades biológicas tanto da oxitocina (que estimula a contracção dos músculos do tracto reprodutivo, desempenhando assim um papel na postura dos ovos ou no nascimento) como da vasopressina (com propriedades diuréticas ou antidiuréticas). As funções das substâncias semelhantes à oxitocina em não-mamíferos são desconhecidas.

As glândulas pituitárias de todos os vertebrados produzem essencialmente as mesmas hormonas tropicais: tirotropina (TSH), corticotropina (ACTH), melanotropina (MSH), prolactina (PRL), hormona de crescimento (GH), e uma ou duas gonadotropinas (geralmente hormonas semelhantes ao FSH e ao LH). A produção e liberação desses hormônios tropicais são controladas por neuro-hormônios do hipotálamo. As células dos peixes teleost, no entanto, são directamente alimentadas pelo interior. Assim, estes peixes podem depender de neurohormonas assim como de neurotransmissores para estimular ou inibir a libertação das hormonas tropicais.

De entre os órgãos alvo que constituem o eixo dos órgãos hipotalâmico-hipófise-alvo estão a tiróide, as glândulas supra-renais, e as gónadas. Seus papéis individuais são discutidos abaixo.

O eixo da tireóide

A tirotropina secretada pela hipófise estimula a glândula tireóide a liberar hormônios da tireóide, que ajudam a regular o desenvolvimento, crescimento, metabolismo e reprodução. Em humanos, estes hormônios da tireóide são conhecidos como triiodotironina (T3) e tiroxina (T4). A evolução da glândula tireóide é rastreável no desenvolvimento evolutivo de invertebrados para vertebrados. A glândula tiróide evoluiu de uma glândula fixadora de iodo, secretora de glicoproteínas dos protocordatos (todos os membros não vertebrados do phylum Chordata). A capacidade de muitos invertebrados de concentrar iodeto, um ingrediente importante nos hormônios da tireóide, ocorre geralmente sobre a superfície do corpo. Em protocordatas, esta capacidade de ligar iodeto a uma glicoproteína e produzir hormônios da tireóide se especializou no endoslo, uma glândula localizada na região faríngea da cabeça. Quando estas proteínas iodadas são engolidas e decompostas por enzimas, os aminoácidos iodados conhecidos como hormonas da tiróide são libertados. As larvas das lampreias de vertebrados primitivos também têm um estilo de endoslo como o dos protocordados. Quando uma larva de lampreia sofre metamorfose em uma lampreia adulta, o endostilo quebra-se em fragmentos. Os tufos resultantes das células endóticas diferenciam-se nos folículos separados da glândula tiróide. As hormonas da tiróide na realidade dirigem a metamorfose nas larvas de lampreias, peixes ósseos e anfíbios. Os tireóides dos peixes consistem em folículos dispersos na região faríngea. Em tetrápodes e alguns peixes, a tireóide fica encapsulada por uma camada de tecido conjuntivo.

O eixo adrenal

Os eixos adrenais em mamíferos e em não mamíferos não são construídos na mesma linha. Nos mamíferos o córtex adrenal é uma estrutura separada que envolve a medula adrenal interna; a glândula adrenal está localizada no topo dos rins. Como as células do córtex adrenal e da medula adrenal não formam estruturas separadas em não-mamíferos como nos mamíferos, são frequentemente referidas em termos diferentes; as células que correspondem ao córtex adrenal em mamíferos são chamadas células interrenais, e as células que correspondem à medula adrenal são chamadas células cromofínicas. Nos primitivos não-mamíferos as glândulas supra-renais são por vezes chamadas glândulas interrenais.

Nos peixes as células interrenais e cromafínicas estão muitas vezes embutidas nos rins, enquanto que nos anfíbios são distribuídas difusamente ao longo da superfície dos rins. Répteis e aves têm glândulas supra-renais discretas, mas a relação anatômica é tal que muitas vezes o “córtex” e a “medula” não são unidades distintas. Sob a influência do hormônio adrenocorticotropina pituitária, as células interrenais produzem esteróides (geralmente corticosterona em tetrápodes e cortisol em peixes) que influenciam o balanço de sódio, o balanço hídrico e o metabolismo.

O eixo gonadal

Gonadotropinas secretadas pela pituitária são basicamente semelhantes ao LH e/ou FSH em suas ações sobre as gônadas vertebradas. Em geral, os hormônios do tipo FSH promovem o desenvolvimento de óvulos e espermatozóides e os hormônios do tipo LH causam ovulação e liberação de esperma; ambos os tipos de gonadotropinas estimulam a secreção dos hormônios esteróides (andrógenos, estrogênios e, em alguns casos, progesterona) a partir das gônadas. Estes esteróides produzem efeitos semelhantes aos descritos para os seres humanos. Por exemplo, a progesterona é essencial para uma gestação normal em muitos peixes, anfíbios e répteis em que as crias se desenvolvem no tracto reprodutivo da mãe e dão à luz ao vivo. Andrógenos (às vezes testosterona, mas muitas vezes outros esteróides são mais importantes) e estrogénios (geralmente estradiol) influenciam as características e o comportamento dos machos e das fêmeas.

Controlo da pigmentação

Melanotropina (hormona estimulante dos melanócitos, ou MSH) segregada pela pituitária regula as células em forma de estrela que contêm grandes quantidades da melanina de pigmento escuro (melanóforos), especialmente na pele dos anfíbios, bem como em alguns peixes e répteis. Aparentemente, a luz reflectida da superfície estimula os fotorreceptores, que enviam informação para o cérebro e por sua vez para o hipotálamo. A melanotropina hipofisária faz com que o pigmento dos melanóforos se disperse e a pele escureça, por vezes de forma bastante dramática. Ao liberar mais ou menos melanotropina, um animal é capaz de adaptar sua coloração ao seu fundo.

Hormônio de crescimento e prolactina

As funções do hormônio de crescimento e prolactina secretados pela hipófise se sobrepõem consideravelmente, embora a prolactina geralmente regula o equilíbrio da água e do sal, enquanto o hormônio de crescimento influencia principalmente o metabolismo de proteínas e, portanto, o crescimento. A prolactina permite aos peixes migratórios, como o salmão, adaptarem-se da água salgada para a água doce. Nos anfíbios, a prolactina tem sido descrita como uma hormona de crescimento larvar, e também pode prevenir a metamorfose das larvas para os adultos. O comportamento de procura de água (a chamada condução de água) dos anfíbios adultos frequentemente observado antes da reprodução em tanques é também controlado pela prolactina. A produção de uma secreção rica em proteínas pela pele do peixe disco (chamado “leite de disco”) que é usado para alimentar os descendentes jovens é causado por uma hormona semelhante à prolactina. Da mesma forma, a prolactina estimula as secreções do saco de colheita dos pombos (“pombo” ou “leite de colheita”), que são alimentados com as crias recém eclodidas. Esta acção faz lembrar a acção da prolactina na glândula mamária dos mamíferos lactantes. A prolactina também parece estar envolvida na diferenciação e função de muitas estruturas acessórias sexuais em não mamíferos e na estimulação da glândula prostática dos mamíferos. Por exemplo, a prolactina estimula as glândulas cloacais responsáveis por secreções reprodutivas especiais. A prolactina também influencia as características sexuais externas, tais como as almofadas nupciais (para o fecho da fêmea) e a altura da cauda nas salamandras masculinas.