Uma pode distinguir duas classes gerais de mudança evolutiva: microevolução (mudança abaixo do nível da espécie) e macroevolução (mudança acima do nível da espécie).
Ecologistas da população, biólogos da conservação, e ecologistas comportamentais estão mais directamente envolvidos nos processos microevolutivos. Estes incluem mudanças nos valores e frequências de características particulares entre os membros das populações, muitas vezes devido a processos ecológicos como o movimento dos organismos e a mudança das condições ambientais, bem como interacções com membros de espécies diferentes (por exemplo, interacções predador-presa, interacções hospedeiro-parasita, competição) ou da mesma espécie (por exemplo, selecção sexual, competição). Estes processos podem, mas não conduzem necessariamente à formação de novas espécies ao longo do tempo, resultando em frequências flutuantes de características dentro das populações que seguem pressões selectivas em constante mudança (Thompson 1998). Uma vez que alguns processos microevolucionários podem ocorrer ao longo de apenas algumas gerações, podem muitas vezes ser observados na natureza ou em laboratório.
Uma ilustração apropriada da microevolução em acção é a tendência bem documentada dos insectos para desenvolverem rapidamente resistência aos pesticidas (Gassmann et al. 2009). Por exemplo, durante o Verão no Sul de França, os pesticidas são aplicados para controlar os mosquitos Culex desde a costa mediterrânica até cerca de 20 km no interior. Alguns genes de mosquitos conferem resistência aos pesticidas mas são dispendiosos na ausência de pesticidas (Figura 2); as frequências do gene de resistência aos pesticidas aumentam durante os verões em áreas onde a pulverização é comum, mas não aumentam em áreas onde a pulverização não é praticada. (Lenormand et al. 1999).
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Usually macroevolutionary changes cannot typically be observed directly because of the large time scales generally involved, though many instances of macroevolutionary change have been observed in the laboratory (Rice & Hostert 1993). Em vez disso, os estudos de macroevolução tendem a basear-se em inferências de provas fósseis, reconstrução filogenética, e extrapolação de padrões microevolucionários. Muitas vezes o foco dos estudos macroevolucionários é a especiação: o processo através do qual grupos de organismos anteriormente em reprodução se tornam incapazes (ou não querem) acasalar uns com os outros com sucesso e produzem descendência fértil.
Ecologistas podem estar interessados na macroevolução como um meio de fazer inferências relativas a questões ecológicas actuais. Os cientistas interessados em modelar os efeitos das alterações climáticas actuais, por exemplo, podem acoplar dados climatológicos pré-históricos com padrões de especiação e extinção derivados de fósseis para compreender como as espécies animais e vegetais contemporâneas se estão a alimentar hoje e como se irão comportar no futuro. Por exemplo, muitos invertebrados marinhos (por exemplo, corais, caracóis, amêijoas) constroem as suas conchas utilizando carbonato de cálcio colhido da água do oceano. À medida que o CO2 antropogénico se acumula na atmosfera, uma fracção significativa do mesmo dissolve-se no oceano, libertando iões de hidrogénio livres no processo e diminuindo assim o pH oceânico. Entre outras coisas, esta acidificação oceânica reduz a quantidade de carbonato disponível para os invertebrados marinhos produtores de conchas que dependem dele para as suas conchas de carbonato de cálcio, tornando-lhes difícil fazer e manter as suas conchas.
Ao combinar dados de pH oceânico de centenas de milhões de anos atrás com registos fósseis de foramifera (invertebrados marinhos de fabrico de conchas), Zachos et al. (2005) mostram os efeitos que a acidificação oceânica teve na diversificação e extinção da fauna de invertebrados marinhos do passado. A partir destes dados, é possível modelar padrões actuais de acidificação oceânica e começar a prever os seus efeitos nos animais marinhos actuais e futuros (por exemplo, Orr et al. 2005).