¿Hay evidencia fósil que muestre la evolución de un organismo pequeño a uno más grande?

Sí. Incontables veces.

Existe la Evolución de los cetáceos, donde especies como el Pakicetus inachus del Paleoceno del tamaño de un perro, evolucionan hacia gigantes gigantes como las ballenas Baleen de hoy:

Las criaturas no están a escala, pero hay una buena idea.

También está la Evolución del caballo desde Propalaeotherium y amigos del tamaño de un gato, hasta nuestro caballo moderno:

Hay pequeños Phiomia et al. siendo ancestral de una amplia diversidad de proboscidios, de los cuales los únicos miembros vivos son los elefantes africanos y el elefante asiático apreciablemente grandes:

Demonios, mientras estamos en eso, ¿por qué no incluir a nuestra propia familia? Después de todo, los Australopithecines eran más pequeños que nosotros:

La paleoartista Élisabeth Daynès trabajando en un modelo de tamaño real de un Australopithecus .

Aquí hay una imagen de fósiles de varias etapas de la evolución del caballo, la pequeña del tamaño de un perro en la parte inferior es la más antigua, y la grande en la parte superior es un caballo moderno:

Puedes leer más en Evolución del caballo en Wikipedia.

Por supuesto. Los australopitecinos eran más pequeños que nosotros.