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Reserva y su área de influencia se encuentran representadas 554 especies distribuidas en: 69 especies de mamíferos, 221 de aves, 54 de reptiles, 50 especies de anfibios y 160 especies de peces, estos registros representan el 22 % de las especies en relación al departamento de Santa Cruz.

La diversidad mastozoológica de Tucabaca registra 69 especies con 27 familias. Las especies más conocidas son la, Urina (Masama gouazoubira) Capihuara (Hydrochaeris), Zorro (Cerdocyon thous), Taitetú (Tajacu tayassu), Tropero (Tayassu pecarí), Tatú (Priodontes maximus), Myrmecophaga tridáctila (oso bandera), Tapirus terretris (tapir), Tayassu pecari (chancho tropero), T. Tajacu (taitetú), Sporophila nigrorufa, Priodontes maximus (Tatú), Masama gouazoubira (Urina) Hydrochaeris hidrocaerus (capihuara).

Dentro de los valores de conservación de Tucabaca podemos considerar a especies claves que son aquellas que debido a algunas particularidades de su biología tienen influencia especial en el mantenimiento de la diversidad biológica de un ecosistema.

Las especies nectativoras y frugívoras se las considera clave porque cumplen un rol muy importante en los procesos ecológicos que se dan en los bosques y cuyas características son responsables en el mantenimiento de la diversidad genética del paisaje regional actuando como polinizadores y dispersores de semillas. Es el caso de los murciélagos que se constituyen en un grupo clave por tener el mayor número de especies registrado en la Reserva y por el importan rol que cumplen estos organismos en los ecosistemas chiquitanos, ya que actúan como polinizadores y dispersores de semillas de numerosas especies de árboles como palmeras y otros. Otros dispersores de semillas por excelencia es el anta (Tapirus terrestris), Parabas, monos, y chanchos troperos y que además son especies importantes para la provisión de proteínas para las comunidades de Santiago, Limoncito, Motracusito, entre otras. Por otro lado existen otros grupos de grupos o especies claves desde el punto de vista de indicadoras del buen estado de conservación, atractivo turístico y especies económicamente importantes.


Otros de los valores de conservación considerados, se encuentran los nuevos registros de especies de peces como Bujurquina oenolaemus especie endémica del río Aguas Calientes. Por otro lado en la cuenca alta del río de Tucavaca se registraron 22 especies como nuevos registros y estas son: Astronotus crassipinnis, Cichlasoma dimerus, Crenicichla edithae; peces de la familia characidae Astyanax lineatus, Serrapinnus microdon, Serrapinnus kriegi y el pequeño pez Xenurobrycon macropus; entre los Loricariidae Farlowella amazona, Rineloricaria parva, Sturisoma robustum; entre las bogas Leporinus friderici, pez cuchillo Eigenmannia trilineata, el simbado Lepthoplosternum pectorale; Trichomycterus amazonicus y Microglanis cottoides; al Bakuchi Pimelodella taenioptera; entre los peces de la familia Curimatidae tenemos: Steindachnerina conspersa y de la familia Auchenipteridae: Trachelyopterus striatulus y Entomocorus benjamini. El registro del pez anual Neofundulus paraguayensis, el cual está presente en la cuenca del río Paraguay, es hasta el momento el registro mas boreal para esta especie y dentro de las especies de importancia para la conservación solo se registró al sábalo (Prochilodus lineatus), que se encuentra en la categoría Vulnerable del Libro Rojo de Vertebrados de Bolivia.

Entre las especies de herpetofauna de alto valor y prioritarias para la conservación se encuentra Eleutherodactylus sp. en la cuenca alta del río de Tucabaca, género que sólo se conocía en las localidades de las Serranías de Santiago, Bella Boca y Sunsás (Embert & Reichle, 2008), constituyéndose en una nueva localidad que amplía el rango de distribución de este género. En reptiles se registró a Tropidurus chromatops, especie endémica para el país (Harvey & Gutberlet, 1998) registrada anteriormente en la “Mina Don Mario” (González & Montaño, 2005) y en las serranías de Huanchaca (Embert 2007), y Mesoclemmys vanderhaegei registrada en los arroyos de la serranía circundante a Santiago de Chiquitos y es la única población conocida para el país .

Entre las especies importantes para la conservación podemos mencionar al: Ameerega picta que se encuentra en el Apéndice II de CITES. Eleutherodactylus sp., por susceptibilidad a cambios de las condiciones de microhábitat. Rhinella granulosa, R. margaritifera, R. schneideri, por los cambios en regímenes de precipitaciones. El lagarto (Caiman yacare), se ubica en el apéndice II de CITES, tortuga terrestre (Chelonoidis carbonaria); la peta negra del monte que se encuentra en el apéndice II de CITES y bajo la categoría VU de la UICN, especie capturada principalmente por su carne. Peni (Tupinambis merianae); especie objeto de cacería para el comercio de sus pieles y en menor medida para el consumo de su carne, por esta razón actualmente se encuentra en el apéndice II de CITES.


De las 226 especies de aves registradas 2 de ellas Porphyrio flavirostris (Rallidae) y Accipiter superciliosus (Accipitridae) no estaban registradas en anteriores estudios; convirtiéndose por tanto en nuevos registros para la zona.


Entre las especies de mamíferos de importancia para la conservación, que se encuentran bajo alguna categoría de amenaza tenemos en CITES I (comercio internacional prohibido): el pejichi (Priodontes maximus), puma (Puma concolor), el tigre o jaguar (Panthera onca). En CITES II (su comercio debe controlarse): el oso bandera (Myrmecophaga tridactyla), manechi negro (Alouatta caraya), anta (Tapirus terrestris), urina (Mazama gouazoubira), huaso (Mazama americana), tropero (Tayassu pecari) y taitetú (Pecari tajacu), entre otros.