Los ecosistemas acuáticos se están viendo fuertemente amenazados por distintas alteraciones acontecidas en un escenario de Cambio Global. Aunque aún existen numerosas incertidumbres sobre el escenario de evolución concreto, se dispone de información precisa que apoya de forma sólida y concluyente las alteraciones que se están experimentando. Entre estas alteraciones se incluye el Cambio climático y la liberación masiva de sustancias contaminantes al medio, derivados de la actividad humana. Una de las consecuencias más relevantes e inmediatas del Cambio Global es la afectación de la biota, entre la que se incluyen los organismos fitoplanctónicos, de relevante papel ecológico. Las cianobacterias y microalgas son los productores primarios de los sistemas acuáticos y por tanto la base de la red trófica en estos. Asimismo, juegan un papel esencial en los ciclos biogeoquímicos siendo una pieza clave para el mantenimiento del planeta. Por ello, la capacidad de respuesta de estos organismos ante los cambios ambientales que se auguran resulta de gran importancia. Los trabajos incluidos en esta tesis pretenden ampliar el conocimiento sobre los mecanismos que permiten la adaptación de estos microorganismos a determinadas condiciones extremas. Para ello se estudió la respuesta ante distintos contaminantes de origen antropogénico (formol, cloranfenicol, cromo, simazina y diquat) y la exposición a diversos ambientes extremos (Aguas Agrias, Vulcano, y Agrio Argentino). Los resultados obtenidos por medio del análisis de fluctuación indican que el fitoplancton es capaz de adaptarse a la exposición a sustancias tóxicas por medio de la selección de mutantes resistentes que aparecieron al azar, antes de la presencia del agente selectivo. En el caso de la adaptación a ambientes extremos, el gradiente de toxicidad impuso distintas estrategias adaptativas para los organismos mesófilos explicando así la variación en la diversidad de especies encontrada en estos ambientes. Además de los mecanismos implicados en la adaptación, gracias a la herramienta experimental del Ratchet, se observó que el fitoplancton presenta una capacidad de adaptación diferente dependiendo tanto del grupo taxonómico y de su lugar de aislamiento. Por ello, el cambio global conducirá a alteraciones en la dinámica y estructura de las poblaciones.Pero la adaptación no es la única fuerza conduciendo el cambio evolutivo. El estudio de la evolución de la cianobacteria Microcystis aeruginosa ante un escenario de aumento de temperatura y nutrientes se demostró que la adaptación es el principal componente conduciendo el cambio evolutivo de la tasa de crecimiento en este organismo. Sin embargo, la evolución de la producción de toxina está determinada principalmente por mecanismos de azar y contingencia histórica. En último lugar, se estudió el efecto de la acidificación oceánica y la disponibilidad de nutrientes sobre la fisiología del cocolitofórido Emiliania huxleyi, considerando su papel importante en la regulación del ciclo del carbono. Los resultados demuestran que el proceso de calcificación se ve altamente alterado con el aumento del CO2 atmosférico y su respuesta varía en función de la disponibilidad de nutrientes. La capacidad de asimilación de nutrientes de esta especie también se ve alterada como puede observarse por la alteración en la actividad de la enzima nitrato reductasa y alcalina fosfatasa.