Les vertébrés sont un groupe bien connu d'animaux qui comprend les mammifères, les oiseaux, les reptiles, les amphibiens et les poissons. La caractéristique déterminante des vertébrés est leur épine dorsale, une caractéristique anatomique qui est apparue pour la première fois dans les archives fossiles il y a environ 500 millions d'années pendant la période ordovicienne. Voici différents groupes de vertébrés dans l'ordre dans lequel ils ont évolué.
Les premiers vertébrés étaient les poissons sans mâchoire. Ces animaux ressemblant à des poissons avaient des plaques osseuses dures qui recouvraient leur corps et, comme leur nom l'indique, ils n'avaient pas de mâchoires. De plus, ces premiers poissons n'avaient pas de nageoires appariées. On pense que les poissons sans mâchoire se sont appuyés sur le filtrage pour capturer leur nourriture et auraient probablement aspiré l'eau et les débris du fond marin dans leur bouche, libérant de l'eau et des déchets par leurs branchies.
Les poissons sans mâchoire qui vivaient pendant la période ordovicienne ont tous disparu à la fin de la période dévonienne. Bien qu'il existe encore certaines espèces de poissons qui n'ont pas de mâchoires (comme les lamproies et les myxines), ces espèces sans mâchoires modernes ne sont pas des survivants directs de la classe Agnatha, mais sont plutôt des cousins éloignés des poissons cartilagineux.
Le poisson blindé a évolué au cours de la période silurienne. Comme leurs prédécesseurs, ils manquaient également de mâchoires mais possédaient des nageoires appariées. Le poisson blindé s'est diversifié pendant la période dévonienne, mais a décliné et est tombé en extinction à la fin de la période permienne.
Les poissons cartilagineux, qui comprennent les requins, les patins et les raies, ont évolué au cours de la période silurienne. Les poissons cartilagineux ont des squelettes composés de cartilage plutôt que d'os. Ils diffèrent également des autres poissons en ce qu'ils manquent de vessies natatoires et de poumons.
Le poisson osseux est apparu pour la première fois à la fin du Silurien. La majorité des poissons modernes appartiennent à ce groupe. (Notez que certains schémas de classification reconnaissent la classe Actinopterygii plutôt que les Osteichthyes.) Les poissons osseux ont divergé en deux groupes: l'un qui a évolué en poisson moderne et l'autre qui est devenu poisson-poumon, poisson à nageoires lobe et poisson à nageoires charnues. Le poisson à nageoires charnues a donné naissance aux amphibiens.
Les amphibiens ont été les premiers vertébrés à s'aventurer sur terre. Les premiers amphibiens ont conservé de nombreuses caractéristiques ressemblant à des poissons mais se sont diversifiés au cours de la période carbonifère. Cependant, ils gardaient des liens étroits avec l'eau, nécessitant des environnements humides pour garder leur peau humide et produisant des œufs ressemblant à des poissons qui n'avaient pas de revêtement protecteur dur. De plus, les amphibiens ont subi des phases larvaires entièrement aquatiques; seuls les animaux adultes ont pu survivre aux habitats terrestres.
Les reptiles sont apparus pendant la période carbonifère et ont rapidement pris le relais comme forme dominante des vertébrés terrestres. Les reptiles se sont libérés des habitats aquatiques où les amphibiens ne l'avaient pas fait. Les reptiles ont développé des œufs à coquille dure qui pouvaient être pondus sur la terre ferme. Ils avaient la peau sèche composée d'écailles qui servaient de protection et aidaient à retenir l'humidité.
Les reptiles ont développé des pattes plus grandes et plus puissantes que celles des amphibiens. Le placement des pattes reptiliennes sous le corps (plutôt que sur le côté comme chez les amphibiens) leur a permis une plus grande mobilité.
Au cours du début du Jurassique, deux groupes de reptiles ont acquis la capacité de voler; l'un de ces groupes a ensuite donné naissance aux oiseaux. Les oiseaux ont développé une gamme d'adaptations, telles que les plumes, les os creux et le sang chaud qui ont permis le vol.
Les mammifères, comme les oiseaux, ont évolué à partir des ancêtres reptiliens. Les mammifères ont développé un cœur à quatre chambres, une couverture capillaire et la plupart (à l'exception des monotrèmes tels que l'ornithorynque et l'échidné) ne pondent pas d'œufs, au lieu de cela, donnant naissance à des jeunes vivants.
Le tableau suivant montre la progression de l'évolution des vertébrés. Les organismes énumérés en haut du tableau ont évolué plus tôt que ceux plus bas.