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A fauna da Floresta Atlântica representa uma das mais ricas em diversidade de espécies e está entre as cinco regiões do mundo que possuem o maior número de espécies endêmicas. Está intimamente relacionada com a vegetação, tendo uma grande importância na polinização de flores, e dispersão de frutos e sementes. A precariedade dos levantamentos sobre a fauna da Mata Atlântica torna sua descrição e análise mais difícil que no caso da vegetação (Adams, 2000), mas, apesar da carência de informações para alguns grupos taxonômicos, estudos comprovam uma diversidade bastante alta.Os animais podem ser divididos em dois grupos, de acordo com o grau de exigência:

1. Os generalistas são pouco exigentes, apresentam hábitos alimentares variados, altas taxas de crescimento e alto potencial de dispersão. Estes fatores permitem a estes animais viverem em áreas de vegetação mais aberta ou mata secundária. São chamados de generalistas por causa do alto grau de tolerância e à capacidade de aproveitar eficientemente diferentes recursos oferecidos pelo ambiente. Ex: sabiá-laranjeira, sanhaço, pica-pau, gambá, morcegos, entre outros.
2. Os especialistas, ao contrário dos primeiros, são extremamente exigentes quanto aos hábitats que acupam. São animais que vivem em áreas de floresta primária ou secundária em alto grau de regeneração, apresentando uma dieta bastante específica. Para este grupo, a alteração do ambiente significa a necessidade de procurar novos hábitats que apresentem condições semelhantes às anteriores. Ocorre também a necessidade de grandes áreas para sobreviverem, sendo que sua redução pode ocasionar a impossibilidade de encontrar um parceiro para reprodução, comprometendo o número de indivíduos da espécie, podendo levá-la à extinção. Alguns destes animais, por representarem o topo de cadeias alimentares, possuem um número reduzido de filhotes, o que dificulta ainda mais a manutenção destas populações. Ex: onça-pintada, mono-carvoeiro, jacutingas, gavião-pombo, entre outros.

A relação entre animais e plantas da Mata Atlântica é bastante harmônica. O fornecimento de alimento ao animal em troca do auxílio na perpetuação de uma espécie vegetal, é bastante comum. As plantas com flores e seus polinizadores  foram adaptando hábitos e necessidades ao longo de milhões de anos de convívio. Flores grandes e coloridas atraem muitos beija-flores, as perfumadas atraem as mariposas e algumas flores, para atrair moscas, exalam um perfume semelhante ao de podridão. Acredita-se que três a cada quatro espécies vegetais da Mata Atlântica, sejam dispersadas por animais, principalmente por aves e mamíferos, que alimentam-se de frutos e defecam as sementes ou as eliminam antes da ingestão. Pássaros frugívoros possuem grande percepção visual e se alimentam de sementes muitas vezes bem pequenas. Jacarés e lagartos, aproveitam os frutos caídos no chão e mamíferos como os macacos, acabam proporcionando a dispersão em grandes áreas.
Um breve resumo sobre os grupos:
Mamíferos
No final do Pleistoceno, com a extinção maciça dos animais gigantes, a fauna brasileira de mamíferos terrestres foi empobrecida, mas as variedade de espécies de pequeno porte se manteve.
A Mata Atlântica possui 250 espécies de mamíferos, sendo 55 endêmicas, com a possibilidade de existirem diversas espécies desconhecidas. São os componentes da fauna que mais sofreram com os vastos desmatamentos e a caça, verificando-se o desaparecimento total de algumas espécies em certos locais.
Há uma grande quantidade de roedores e quirópteros (morcegos), e apesar de não ser tão rica em primatas quanto a Amazônia, possui um número razoável de espécies (Adams, 2000).
Exceto em relação aos primatas, quase nada se sabe sobre a situação dos demais grupos de mamíferos da Mata Atlântica. (Coimbra filho, 1984; Câmara, 1991).
AvesA Mata Atlântica apresenta uma das mais elevadas riquezas de aves do planeta, com 1020 espécies. É um importante centro de endemismo, com 188 espécies endêmicas e 104 ameaçadas de extinção. Estas espécies encontram-se ameaçadas principalmente pela destruição de hábitats, pelo comércio ilegal e pela caça seletiva de várias espécies. Um dos grupos que corre maior risco de extinção é o das aves de rapina (gaviões, por exemplo), que apesar de ter uma ampla distribuição, estão sofrendo uma drástica redução de seus nichos. Várias espécies quase se extinguiram pela caça, como é o caso dos beija-flores e psitacídeos em geral (araras, papagaios, periquitos) (Por, 1992).
Anfíbios
Com hábitos predominantemente noturnos e discretos, o que os torna pouco visíveis em seu ambiente natural, os anfíbios representam um dos mais fascinantes grupos. Exploram praticamente todos os hábitats disponíveis; apresentam estratégias reprodutivas altamente diversificadas e muitas vezes bastante sofisticadas, ocupam posição variável na cadeia alimentar e possuem vocalizações características, demonstrando a diversificação biológica e seu sucesso evolutivo.
Em relação aos anuros (sapos, rãs e pererecas), um ecossistema bastante importante é o conhecido "copo" das bromélias, um reservatório que serve de moradia, alimentação e local para reprodução de algumas espécies.
A Mata Atlântica concentra 370 espécies de anfíbios, cerca de 65% das espécies brasileiras conhecidas. Destas, 90 são endêmicas, evidenciando a importância deste grupo.
Répteis
Em relação à fauna de répteis, grande parte apresenta ampla distribuição geográfica, ocorrendo em outras formações como a Amazônia, Cerrado e até na Caatinga. No entanto, são conhecidas muitas espécies endêmicas da Mata Atlântica, por exemplo, o jacaré-do-papo-amarelo (Caiman latirostris) (MMA,2000). Uma comparação entre os répteis da Amazônia, da Mata Atlântica e do Nordeste dos Andes (Dixon, 1979, apud Por, 1992) mostrou que a Mata Atlântica possui 150 espécies, das quais 43 também existem na Amazônia, 1 nos Andes e 18 são de larga distribuição neotropical. O endemismo dos répteis da Mata Atlântica é bastante acentuado, entretanto novas espécies ainda estão sendo descobertas. (Por, 1992)
Peixes
Os ecossistemas aquáticos da Mata Atlântica brasileira possuem fauna de peixes muito variada, associada de forma íntima à floresta que lhe proporciona proteção e alimento. ( MMA, 2000)
O número total de espécies de peixes da Mata Atlântica é 350, destas, 133 são endêmicas. O alto grau de endemismo é resultado do processo de evolução das espécies, em área isolada das demais bacias hidrográficas brasileiras. (MMA, 2000)A maior parte dos rios encontra-se degradada, principalmente pela eliminação das matas ciliares, erosão, assoreamento, poluição e represamento. Apesar de estudada há bastante tempo, a fauna de água doce brasileira não é bem conhecida . Nos rios da mata ombrófila densa, existem espécies dependentes da floresta para seu ciclo de vida, principalmente aquelas que se alimentam de insetos, folhas, frutos e flores (Adams, 2000), contribuindo também para a dispersão de sementes e frutos e para a manutenção do equilíbrio do ambiente aquático.