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1．脊索（notochord）：這是脊索動物身體背部起支持作用的一條棒狀支柱,，位于消化道的背面，神經(jīng)管的腹面,，具彈性,，不分節(jié)。脊索是由內(nèi)部富有液泡的細胞組成,，外面圍有厚的結(jié)締組織鞘——脊索鞘,。脊索之所以有一定的硬度，就是由于液泡的膨壓所致,。一切脊索動物都具有脊索,，但是只有在一部分低等脊索動物中才終生保留（如文昌魚），尾索動物的多數(shù)種類只在幼體時期有脊索,，脊椎動物（圓口類除外）則只在胚胎時期有脊索,，后來被脊椎骨所代替，脊索本身則完全退化或僅留殘余,。
　　2．背神經(jīng)管（dorsal tubular nerve cord）：中樞神經(jīng)系統(tǒng)位于脊索的背面,，呈管狀，其內(nèi)部有管腔,。中空的背神經(jīng)管是一切脊索動物所特有的,。在發(fā)生上，神經(jīng)管是由胚胎背中部的外胚層下陷卷攏而形成,。脊椎動物的神經(jīng)管前部膨大形成腦,，腦以后的神經(jīng)管發(fā)育成為脊髓,。神經(jīng)管的內(nèi)腔在成體中仍保存下來，在腦中成為腦室,，在脊髓中成為中央管,。
　　3．鰓裂（gill slits）：消化道的前段（咽部）兩側(cè)有一系列成對的裂縫，稱為鰓裂,，直接或間接與外界相通,。水棲脊索動物的鰓裂終生存在，在鰓裂之間的咽壁上著生充滿血管的鰓,，作為呼吸器官,；陸棲脊索動物僅在胚胎期和某些種類的幼體期（如蝌蚪）有鰓裂，成體時消失或變?yōu)槠渌Y(jié)構(gòu),。
　　以上是脊索動物的三大主要特征,，此外還具有一些次要的特征：密閉式的循環(huán)系統(tǒng)（尾索動物例外），心臟如存在,，總是位于消化道的腹面,；大多數(shù)脊索動物血液具紅細胞，其中的血紅蛋白是高效能氧的運載者,；尾部如存在,，總是在肛門的后方，即所謂肛后尾（post anal tail）,；骨骼如存在,，則屬于中胚層形成的內(nèi)骨骼（endoskeleton）。至于后口（胚胎期原腸胚的原口一端成為胚胎的后端,，與原口相反的一端另外形成口稱為后口,，deuterostome）、兩側(cè)對稱,、三胚層,、真體腔和分節(jié)性等特征則是某些較高等的無脊椎動物也具有的。
進化意義
頭索動物身體結(jié)構(gòu)比較簡單,，但脊索動物的典型結(jié)構(gòu)已經(jīng)具有,，三大結(jié)構(gòu)終生存在。根據(jù)形態(tài)學(xué)推測,，脊索動物由一種左右不對稱,，無圍腮腔、腮裂少,、營自由生活的原始無頭類演化而來,，且在進化當(dāng)中分為兩支,，一支適應(yīng)自由生活,，演變?yōu)樵加蓄^類,，進而走向脊椎動物；另一支向底棲生活發(fā)展,，演變?yōu)槲菜鲃游锖皖^索動物,。