Estes animais têm grande interesse zoológico pois apresentam de forma simples as 3 principais caracteristicas dos cordados, sendo considerados semelhantes a algum hipotético ancestral deste filo. Outros autores consideram, no entanto, que estes animais são antes peixes degenerados, sendo o ancestral um animal do tipo tunicado.São animais pequenos (5 a 10 cm de comprimento) e translúcidos. O corpo é alongado, achatado lateralmente e afilado nas duas extremidades, sem cabeça distinta, acompanhando a falta de um encéfalo bem definido.
Têm duas barbatanas baixas, sustentadas por delicados raios, a dorsal correndo quase ao longo de todo o corpo e a ventral, ou pré-anal, termina no ânus. A cauda tem uma barbatana membranosa. Ao contrário dos peixes, não apresentam barbatanas pares.
Corte transversal a nível da faringe num anfioxo
A boca é ventral e anterior, rodeada por cirros sensoriais, e o ânus fica ligeiramente para o lado esquerdo.
Detalhe da zona anterior de um anfioxo
A água entra pela boca, passa pelas fendas branquiais e sai para uma cavidade interna designada átrio. Este é uma cavidade externa, forrada por ectoderme, não sendo um celoma. Daí a água sai para o exterior pelo atrióporo, frente ao ânus.
Assim, a respiração é feita por branquias, simultaneamente com a alimentação por filtração. As partículas alimentares são empurradas da faringe para o sistema digestivo por muco.
Ao contrário dos urocordados, os cefalocordados conservam no adulto as características típicas dos cordados, com notocorda dorsal estendendo-se desde a extremidade anterior (daí a designação do subfilo) até á ponta da cauda.
Detalhe da zona anterior de um anfioxo
O cordão nervoso acompanha dorsalmente a notocorda e a faringe á ampla e com inúmeras fendas branquiais diagonais.
A metamerização é evidente nos músculos em forma de <<, que se podem ver á transparência formando miómeros. O celoma no adulto é reduzido e complicado, excepto em volta do intestino. O sistema circulatório é fechado mas sem coração diferenciado, devendo-se a circulação sanguínea a contracções da aorta ventral. A excreção é feita por cerca de 100 pares de nefrídeos. A reprodução é geralmente sexuada, com sexos separados e fecundação externa. As gónadas libertam os gâmetas para o átrio, de onde são libertados para o exterior. Do ovo resulta uma larva ciliada de vida livre, que cresce e assume gradualmente as características do adulto.
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