Farming was first introduced to Europe in the mid-seventh millennium bc, and was associated with migrants from Anatolia who settled in the southeast before spreading throughout Europe. Here, to understand the dynamics of this process, we analysed genome-wide ancient DNA data from 225 individuals who lived in southeastern Europe and surrounding regions between 12000 and 500 bc. We document a west–east cline of ancestry in indigenous hunter-gatherers and, in eastern Europe, the early stages in the formation of Bronze Age steppe ancestry. We show that the first farmers of northern and western Europe dispersed through southeastern Europe with limited hunter-gatherer admixture, but that some early groups in the southeast mixed extensively with hunter-gatherers without the sex-biased admixture that prevailed later in the north and west. We also show that southeastern Europe continued to be a nexus between east and west after the arrival of farmers, with intermittent genetic contact with steppe populations occurring up to 2,000 years earlier than the migrations from the steppe that ultimately replaced much of the population of northern Europe. Genome-wide ancient DNA data from 225 individuals who lived in southeastern Europe between 12000 and 500 bc reveals that the region acted as a genetic crossroads before and after the arrival of farming. The early spread of farmers across Europe has previously been thought to be part of a single migration event. David Reich and colleagues analyse genome-wide data from 225 individuals who lived in southeastern Europe and the surrounding regions between 12000 and 500 BC. They analyse this in combination with previous genomic datasets to characterize genetic structure and update existing models of the spread of farming into and across Europe. They find that southeastern Europe served as a contact zone between east and west, with interactions between diverged groups of hunter-gatherers starting before the arrival of farming. The authors also find evidence for male-biased admixture between hunter-gatherers and farmers in central Europe during the Middle Neolithic. Elsewhere in this issue, David Reich and colleagues report genomic insights into the Beaker culture—characterized by the use of a distinctive pottery style during the end of the Neolithic—based on genome-wide data from 400 Neolithic, Copper Age and Bronze Age Europeans, from 136 different archaeological sites, and including 226 Beaker-associated individuals.

Present-day hunter-gatherers (HGs) live in multilevel social groups essential to sustain a population structure characterized by limited levels of within-band relatedness and inbreeding. When these wider social networks evolved among HGs is unknown. To investigate whether the contemporary HG strategy was already present in the Upper Paleolithic, we used complete genome sequences from Sunghir, a site dated to ~34,000 years before the present, containing multiple anatomically modern human individuals. We show that individuals at Sunghir derive from a population of small effective size, with limited kinship and levels of inbreeding similar to HG populations. Our findings suggest that Upper Paleolithic social organization was similar to that of living HGs, with limited relatedness within residential groups embedded in a larger mating network.

Abstract Farming was first introduced to southeastern Europe in the mid-7 th millennium BCE – brought by migrants from Anatolia who settled in the region before spreading throughout Europe. To clarify the dynamics of the interaction between the first farmers and indigenous hunter-gatherers where they first met, we analyze genome-wide ancient DNA data from 223 individuals who lived in southeastern Europe and surrounding regions between 12,000 and 500 BCE. We document previously uncharacterized genetic structure, showing a West-East cline of ancestry in hunter-gatherers, and show that some Aegean farmers had ancestry from a different lineage than the northwestern Anatolian lineage that formed the overwhelming ancestry of other European farmers. We show that the first farmers of northern and western Europe passed through southeastern Europe with limited admixture with local hunter-gatherers, but that some groups mixed extensively, with relatively sex-balanced admixture compared to the male-biased hunter-gatherer admixture that prevailed later in the North and West. Southeastern Europe continued to be a nexus between East and West after farming arrived, with intermittent genetic contact from the Steppe up to 2,000 years before the migration that replaced much of northern Europe’s population.

Summary Western Eurasia witnessed several large-scale human migrations during the Holocene 1–5 . To investigate the cross-continental impacts we shotgun-sequenced 317 primarily Mesolithic and Neolithic genomes from across Northern and Western Eurasia. These were imputed alongside published data to obtain diploid genotypes from >1,600 ancient humans. Our analyses revealed a ‘Great Divide’ genomic boundary extending from the Black Sea to the Baltic. Mesolithic hunter-gatherers (HGs) were highly genetically differentiated east and west of this zone, and the impact of the neolithisation was equally disparate. Large-scale ancestry shifts occurred in the west as farming was introduced, including near-total replacements of HGs in many areas, whereas no substantial ancestry shifts happened east of the zone during the same period. Similarly, relatedness decreased in the west from the Neolithic transition onwards, while east of the Urals relatedness remained high until ∼4,000 BP, consistent with persistence of localised HG groups. The boundary dissolved when Yamnaya-related ancestry spread across western Eurasia around 5,000 BP resulting in a second major turnover that reached most parts of Europe within a 1,000-year span. The genetic origin and fate of the Yamnaya have remained elusive but we demonstrate that HGs from the Middle Don region contributed ancestry to them. Yamnaya-groups later admixed with individuals associated with the Globular Amphora Culture before expanding into Europe. Similar turnovers occurred in western Siberia, where we report new genomic data from a ‘Neolithic steppe’ cline spanning the Siberian forest steppe to Lake Baikal. These prehistoric migrations had profound and lasting effects on the genetic diversity of Eurasian populations.

Abstract Transition from the Stone to the Bronze Age in Central and Western Europe was a period of major population movements originating from the Ponto-Caspian Steppe. Here, we report new genome-wide sequence data from 28 individuals from the territory north of this source area – from the under-studied Western part of present-day Russia, including Stone Age hunter-gatherers (10,800–4,250 cal BC) and Bronze Age farmers from the Corded Ware complex called Fatyanovo Culture (2,900–2,050 cal BC). We show that Eastern hunter-gatherer ancestry was present in Northwestern Russia already from around 10,000 BC. Furthermore, we see a clear change in ancestry with the arrival of farming – the Fatyanovo Culture individuals were genetically similar to other Corded Ware cultures, carrying a mixture of Steppe and European early farmer ancestry and thus likely originating from a fast migration towards the northeast from somewhere in the vicinity of modern-day Ukraine, which is the closest area where these ancestries coexisted from around 3,000 BC.

ABSTRACT Far northeastern Siberia has been occupied by humans for more than 40 thousand years. Yet, owing to a scarcity of early archaeological sites and human remains, its population history and relationship to ancient and modern populations across Eurasia and the Americas are poorly understood. Here, we analyze 34 ancient genome sequences, including two from fragmented milk teeth found at the ~31.6 thousand-year-old (kya) Yana RHS site, the earliest and northernmost Pleistocene human remains found. These genomes reveal complex patterns of past population admixture and replacement events throughout northeastern Siberia, with evidence for at least three large-scale human migrations into the region. The first inhabitants, a previously unknown population of “Ancient North Siberians” (ANS), represented by Yana RHS, diverged ~38 kya from Western Eurasians, soon after the latter split from East Asians. Between 20 and 11 kya, the ANS population was largely replaced by peoples with ancestry related to present-day East Asians, giving rise to ancestral Native Americans and “Ancient Paleosiberians” (AP), represented by a 9.8 kya skeleton from Kolyma River. AP are closely related to the Siberian ancestors of Native Americans, and ancestral to contemporary communities such as Koryaks and Itelmen. Paleoclimatic modelling shows evidence for a refuge during the last glacial maximum (LGM) in southeastern Beringia, suggesting Beringia as a possible location for the admixture forming both ancestral Native Americans and AP. Between 11 and 4 kya, AP were in turn largely replaced by another group of peoples with ancestry from East Asia, the “Neosiberians” from which many contemporary Siberians derive. We detect gene flow events in both directions across the Bering Strait during this time, influencing the genetic composition of Inuit, as well as Na Dene-speaking Northern Native Americans, whose Siberian-related ancestry components is closely related to AP. Our analyses reveal that the population history of northeastern Siberia was highly dynamic throughout the Late Pleistocene and Holocene. The pattern observed in northeastern Siberia, with earlier, once widespread populations being replaced by distinct peoples, seems to have taken place across northern Eurasia, as far west as Scandinavia.

The Yamnaya archaeological complex appeared around 3300BCE across the steppes north of the Black and Caspian Seas, and by 3000BCE reached its maximal extent from Hungary in the west to Kazakhstan in the east. To localize the ancestral and geographical origins of the Yamnaya among the diverse Eneolithic people that preceded them, we studied ancient DNA data from 428 individuals of which 299 are reported for the first time, demonstrating three previously unknown Eneolithic genetic clines. First, a “Caucasus-Lower Volga” (CLV) Cline suffused with Caucasus hunter-gatherer (CHG) ancestry extended between a Caucasus Neolithic southern end in Neolithic Armenia, and a steppe northern end in Berezhnovka in the Lower Volga. Bidirectional gene flow across the CLV cline created admixed intermediate populations in both the north Caucasus, such as the Maikop people, and on the steppe, such as those at the site of Remontnoye north of the Manych depression. CLV people also helped form two major riverine clines by admixing with distinct groups of European hunter-gatherers. A “Volga Cline” was formed as Lower Volga people mixed with upriver populations that had more Eastern hunter-gatherer (EHG) ancestry, creating genetically hyper-variable populations as at Khvalynsk in the Middle Volga. A “Dnipro Cline” was formed as CLV people bearing both Caucasus Neolithic and Lower Volga ancestry moved west and acquired Ukraine Neolithic hunter-gatherer (UNHG) ancestry to establish the population of the Serednii Stih culture from which the direct ancestors of the Yamnaya themselves were formed around 4000BCE. This population grew rapidly after 3750-3350BCE, precipitating the expansion of people of the Yamnaya culture who totally displaced previous groups on the Volga and further east, while admixing with more sedentary groups in the west. CLV cline people with Lower Volga ancestry contributed four fifths of the ancestry of the Yamnaya, but also, entering Anatolia from the east, contributed at least a tenth of the ancestry of Bronze Age Central Anatolians, where the Hittite language, related to the Indo-European languages spread by the Yamnaya, was spoken. We thus propose that the final unity of the speakers of the “Proto-Indo-Anatolian” ancestral language of both Anatolian and Indo-European languages can be traced to CLV cline people sometime between 4400-4000 BCE. Abstract Figure Summary Figure: The origin of Indo-Anatolian and Indo-European languages. Genetic reconstruction of the ancestry of Pontic-Caspian steppe and West Asian populations points to the North Caucasus-Lower Volga area as the homeland of Indo-Anatolian languages and to the Serednii Stih archaeological culture of the Dnipro-Don area as the homeland of Indo-European languages. The Caucasus-Lower Volga people had diverse distal roots, estimated using the qpAdm software on the left barplot, as Caucasus hunter-gatherer (purple), Central Asian (red), Eastern hunter-gatherer (pink), and West Asian Neolithic (green). Caucasus-Lower Volga expansions, estimated using qpAdm on the right barplot as disseminated Caucasus Neolithic (blue)-Lower Volga Eneolithic (orange) proximal ancestries, mixing with the inhabitants of the North Pontic region (yellow), Volga region (yellow), and West Asia (green).

ABSTRACT Ancient DNA sampling methods—although optimized for efficient DNA extraction—are destructive, relying on drilling or cutting and powdering (parts of) bones and teeth. As the field of ancient DNA has grown, so have concerns about the impact of destructive sampling of the skeletal remains from which ancient DNA is obtained. Due to a particularly high concentration of endogenous DNA, the cementum of tooth roots is often targeted for ancient DNA sampling, but standard destructive sampling methods often result in the loss of at least one entire root. Here, we present a minimally destructive method for extracting ancient DNA from dental cementum present on the surface of tooth roots. This method does not require destructive drilling or grinding, and, following extraction, the tooth remains safe to handle and suitable for most morphological studies, as well as other biochemical studies, such as radiocarbon dating. We extracted and sequenced ancient DNA from 30 teeth (and 9 corresponding petrous bones) using this minimally destructive extraction method in addition to a typical tooth sampling method. We find that the minimally destructive method can provide ancient DNA that is of comparable quality to extracts produced from teeth that have undergone destructive sampling processes. Further, we find that a rigorous cleaning of the tooth surface combining diluted bleach and UV light irradiation seems sufficient to minimize external contaminants usually removed through the physical removal of a superficial layer when sampling through regular powdering methods.

Paleo-Eskimos were the first people to settle vast regions of the American Arctic around 5,000 years ago, and were subsequently joined and largely displaced around 1,000 years ago by ancestors of the present-day Inuit and Yupik. The genetic relationship between Paleo-Eskimos and Native American populations remains uncertain. We analyze ancient and present-day genome-wide data from the Americas and Siberia, including new data from Alaskan Inupiat and West Siberian populations, and the first genome-wide DNA from ancient Aleutian Islanders, ancient northern Athabaskans, and a 4,250-year-old individual of the Chukotkan Ust'-Belaya culture. Employing new methods based on rare allele and haplotype sharing as well as established methods based on allele frequency correlations, we show that Paleo-Eskimo ancestry is widespread among populations who speak Na-Dene and Eskimo-Aleut languages. Using phylogenetic modelling with allele frequency correlations and rare variation, we present a comprehensive model for the complex peopling of North America.