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Santiago de Cuba posee un paisaje natural delirante. Quienes visiten la provincia podrán disfrutar de ecosistemas muy disímiles, que acogen al segundo centro más importante de especies endémicas del archipiélago cubano
Quizá porque las montañas de la Sierra Maestra se transformaron en escenarios de las batallas más emblemáticas que condujeron al triunfo de la Revolución Cubana, en 1959, sean reconocidas, más allá de las fronteras nacionales, como el albergue natural del Ejército Rebelde. Sin embargo, otras características aportan a su valor histórico, pues se considera el segundo centro más importante de especies endémicas del archipiélago, cuya diversidad biológica ha sido ampliamente estudiada por los investigadores y especialistas del Centro Oriental de Ecosistemas y Biodiversidad (BIOECO), institución que acoge al Museo de Historia Natural Tomás Romay, de Santiago de Cuba (José A. Saco No. 601, esq. a Barnada).
La provincia atesora 21 formaciones vegetales diferentes. Se destacan el bosque nublado y los pluviales que resguardan gran parte de nuestra flora de musgos, hepáticas, líquenes y helechos, y una enorme riqueza de plantas con flores endémicas.
En todo este territorio se han registrado más de 1 300 especies de plantas, muchas de las cuales han sido utilizadas con fines medicinales; también como comestibles, tanto para animales como para el hombre, y como aché vegetal (uso folclórico). En la Reserva de la Biosfera Baconao (compartida con Guantánamo) se encuentra la mayoría. Trescientas de ellas son endémicas y 44 están señaladas como amenazadas.
Desde la costa hasta la mayor altitud se descubre una fauna exclusiva del territorio. Las mariposas diurnas con intensos colores, como la Heraclides gundlachianus, pueden observarse sobre todo en vegetaciones costeras; la Greta cubana, con sus alas transparentes a manera de cristal, habita en los bosques pluviales de la Sierra Maestra; y la Dismorphia cubana, endémica y amenazada, se aprecia solo en bosques húmedos.
De los moluscos terrestres predominan las especies endémicas de mucho colorido, de talla mediana y pequeña, como la Polymita venusta, la Coryda lindoni y Alcadia spectabilis, entre aquellos que poseen hábitos arborícolas. Por otra parte, los moluscos marinos, también de hermosos colores, constituyen un recurso comercial para los artesanos y en las comunidades de pescadores. Sobresalen especies de tallas considerables como el Strombus gigas, Cassis tuberosa y Citarium pica.
Este territorio resulta asimismo un corredor migratorio importante, principalmente deves rapaces que pueden divisarse en puntos como la Gran Piedra y la zona costera de Siboney. Santiago de Cuba cuenta con la única estación permanente de anillamiento de aves de todo el país, ubicada en la Reserva Ecológica Siboney-Juticí, donde los 12 meses del año se monitorean aves endémicas, migratorias o cualquier otro tipo de especie.
Esta reserva, que forma parte de la iniciativa regional del Corredor Biológico en el Caribe, agrupa más del 69 % de los murciélagos existentes en la Isla. Entre las cuevas de esta área, la más célebre, por su extensión y biodiversidad, es la “de los Majaes”, que reúne 11 especies de estos mamíferos. Esta cueva presenta varios salones de calor, que albergan la colonias más importante del endémico Phyllonycteris poeyi, llamado popularmente murciélago de las cuevas calientes. Este mamífero es considerado una especie sombrilla para la conservación de murciélagos e invertebrados que coexisten en estas cavernas por las vastas acumulaciones de guano depositado.
Los anfibios y reptiles abundan también en Santiago de Cuba. En total se registran 27 especies de anfibios, de las cuales el 89 % son endémicas. Se contabilizan 69 especies de reptiles, incluyendo cinco géneros de tortugas marinas, que pueden encontrarse en las costas del territorio.
Los lagartos conforman el mayor número de especies, unas 50, en las que se incluyen las lagartijas, los chipojos, las bayoyas y salamanquitas. En cuanto a las serpientes, en Santiago de Cuba habita la de mayor tamaño de Cuba: el Majá de Santa María. Puede alcanzar algo más de 3 m de largo, aunque no es venenosa. Por sus características se toma como la boa más grande de todas las Antillas.