The deep population history of East Asia remains poorly understood due to a lack of ancient DNA data and sparse sampling of present-day people. We report genome-wide data from 191 individuals from Mongolia, northern China, Taiwan, the Amur River Basin and Japan dating to 6000 BCE – 1000 CE, many from contexts never previously analyzed with ancient DNA. We also report 383 present-day individuals from 46 groups mostly from the Tibetan Plateau and southern China. We document how 6000-3600 BCE people of Mongolia and the Amur River Basin were from populations that expanded over Northeast Asia, likely dispersing the ancestors of Mongolic and Tungusic languages. In a time transect of 89 Mongolians, we reveal how Yamnaya steppe pastoralist spread from the west by 3300-2900 BCE in association with the Afanasievo culture, although we also document a boy buried in an Afanasievo barrow with ancestry entirely from local Mongolian hunter-gatherers, representing a unique case of someone of entirely non-Yamnaya ancestry interred in this way. The second spread of Yamnaya-derived ancestry came via groups that harbored about a third of their ancestry from European farmers, which nearly completely displaced unmixed Yamnaya-related lineages in Mongolia in the second millennium BCE, but did not replace Afanasievo lineages in western China where Afanasievo ancestry persisted, plausibly acting as the source of the early-splitting Tocharian branch of Indo-European languages. Analyzing 20 Yellow River Basin farmers dating to ∼3000 BCE, we document a population that was a plausible vector for the spread of Sino-Tibetan languages both to the Tibetan Plateau and to the central plain where they mixed with southern agriculturalists to form the ancestors of Han Chinese. We show that the individuals in a time transect of 52 ancient Taiwan individuals spanning at least 1400 BCE to 600 CE were consistent with being nearly direct descendants of Yangtze Valley first farmers who likely spread Austronesian, Tai-Kadai and Austroasiatic languages across Southeast and South Asia and mixing with the people they encountered, contributing to a four-fold reduction of genetic differentiation during the emergence of complex societies. We finally report data from Jomon hunter-gatherers from Japan who harbored one of the earliest splitting branches of East Eurasian variation, and show an affinity among Jomon, Amur River Basin, ancient Taiwan, and Austronesian-speakers, as expected for ancestry if they all had contributions from a Late Pleistocene coastal route migration to East Asia.

Ancient DNA studies have established that European Neolithic populations were descended from Anatolian migrants who received a limited amount of admixture from resident hunter-gatherers. Many open questions remain, however, about the spatial and temporal dynamics of population interactions and admixture during the Neolithic period. Using the highest-resolution genome-wide ancient DNA data set assembled to date—a total of 177 samples, 127 newly reported here, from the Neolithic and Chalcolithic of Hungary (6000–2900 BCE, n = 98), Germany (5500–3000 BCE, n = 42), and Spain (5500–2200 BCE, n = 37)—we investigate the population dynamics of Neolithization across Europe. We find that genetic diversity was shaped predominantly by local processes, with varied sources and proportions of hunter-gatherer ances try among the three regions and through time. Admixture between groups with different ancestry profiles was pervasive and resulted in observable population transformation across almost all cultural transitions. Our results shed new light on the ways that gene flow reshaped European populations throughout the Neolithic period and demonstrate the potential of time-series-based sampling and modeling approaches to elucidate multiple dimensions of historical population interactions.

Nubia has been a corridor for the movement of goods, culture, and people between sub-Saharan Africa, Egypt, and West Eurasia since prehistory, but little is known about the genetic landscape of the region prior to the influence of the Islamic migrations that began in the late 1st millennium CE. We report genome-wide data for 66 individuals from the site of Kulubnarti (∼650–1000 CE), increasing the number of ancient individuals with genome-level data from the Nile Valley from three to 69. Our results shed light on the genetic ancestry of a Christian Period group and help to address a long-standing question about the relationships among people buried in two neighboring cemeteries who show skeletal evidence of differences in morbidity and mortality that are broadly suggestive of differences in social status. We find that the Kulubnarti Nubians were admixed with ∼43% Nilotic-related ancestry on average (individual proportions varied between ∼36-54%) and the remaining ancestry reflecting a West Eurasian-related gene pool likely introduced into Nubia through Egypt, but ultimately deriving from an ancestry pool like that found in the Bronze and Iron Age Levant. The admixed ancestry at Kulubnarti reflects interactions between genetically-distinct people in northeast Africa spanning almost a millennium, with West Eurasian ancestry disproportionately associated with females, highlighting the impact of female mobility in this region. We find no significant differences in ancestry among individuals from the two plausibly socially-stratified cemeteries at Kulubnarti, supporting hypotheses that the groups may have been socially divided but were not genetically distinct. We identify seven pairs of inter-cemetery relatives as close as second-degree, suggesting that any social divisions at Kulubnarti did not prevent mixing between groups. Present-day Nubians are not directly descended from the Christian Period people from Kulubnarti without additional admixture, attesting to the dynamic history of interaction that continues to shape the cultural and genetic landscape of Nubia.

Humans settled the Caribbean ~6,000 years ago, with intensified agriculture and ceramic use marking a shift from the Archaic Age to the Ceramic Age ~2,500 years ago. To shed new light on the history of Caribbean people, we report genome-wide data from 184 individuals predating European contact from The Bahamas, Cuba, Hispaniola, Puerto Rico, Curaçao, and northwestern Venezuela. A largely homogeneous ceramic-using population most likely originating in northeastern South America and related to present-day Arawak-speaking groups moved throughout the Caribbean at least 1,800 years ago, spreading ancestry that is still detected in parts of the region today. These people eventually almost entirely replaced Archaic-related lineages in Hispaniola but not in northwestern Cuba, where unadmixed Archaic-related ancestry persisted into the last millennium. We document high mobility and inter-island connectivity throughout the Ceramic Age as reflected in relatives buried ~75 kilometers apart in Hispaniola and low genetic differentiation across many Caribbean islands, albeit with subtle population structure distinguishing the Bahamian islands we studied from the rest of the Caribbean and from each other, and long-term population continuity in southeastern coastal Hispaniola differentiating this region from the rest of the island. Ceramic-associated people avoided close kin unions despite limited mate pools reflecting low effective population sizes (2N e =1000-2000) even at sites on the large Caribbean islands. While census population sizes can be an order of magnitude larger than effective population sizes, pan-Caribbean population size estimates of hundreds of thousands are likely too large. Transitions in pottery styles show no evidence of being driven by waves of migration of new people from mainland South America; instead, they more likely reflect the spread of ideas and people within an interconnected Caribbean world.

The north Black Sea (Pontic) Region was the nexus of the farmers of Old Europe and the foragers and pastoralists of the Eurasian steppe, and the source of waves of migrants that expanded deep into Europe. We report genome-wide data from 78 prehistoric North Pontic individuals to understand the genetic makeup of the people involved in these migrations and discover the reasons for their success. First, we show that native North Pontic foragers had ancestry not only from Balkan and Eastern hunter-gatherers but also from European farmers and, occasionally, Caucasus hunter-gatherers. More dramatic inflows ensued during the Eneolithic, when migrants from the Caucasus-Lower Volga area moved westward, bypassing the local foragers to mix with Trypillian farmers advancing eastward. People of the Usatove archaeological group in the Northwest Pontic were formed ca. 4500 BCE with an equal measure of ancestry from the two expanding groups. A different Caucasus-Lower Volga group, moving westward in a distinct but temporally overlapping wave, avoided the farmers altogether, and blended with the foragers instead to form the people of the Serednii Stih archaeological complex. A third wave of expansion occurred when Yamna descendants of the Serednii Stih forming ca. 4000 BCE expanded during the Early Bronze Age (3300 BCE). The temporal gap between Serednii Stih and the Yamna expansion is bridged by a genetically Yamna individual from Mykhailivka in Ukraine (3635-3383 BCE), a site of uninterrupted archaeological continuity across the Eneolithic-Bronze Age transition, and the likely epicenter of Yamna formation. Each of these three waves propagated distinctive ancestries while also incorporating outsiders during its advance, a flexible strategy forged in the North Pontic region that may explain its peoples' outsized success in spreading their genes and culture across Eurasia.

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.

Farming was first introduced to southeastern Europe in the mid-7th 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 2000 years before the migration that replaced much of northern Europe's population.

Ancient DNA analysis of three individuals dated to ~3000 years before present (BP) from Vanuatu and one ~2600 BP individual from Tonga has revealed that the first inhabitants of Remote Oceania ("First Remote Oceanians") were almost entirely of East Asian ancestry, and thus their ancestors passed New Guinea, the Bismarck Archipelago, and the Solomon Islands with minimal admixture with the Papuan groups they encountered [1]. However, all present-day populations in Near and Remote Oceania harbor 25-100% Papuan ancestry, implying that there must have been at least one later stream of migration eastward from Near Oceania. We generated genome-wide data for 14 ancient individuals from Efate and Epi Islands in Vanuatu ranging from 3,000-150 BP, along with 185 present-day Vanuatu individuals from 18 islands. We show that people of almost entirely Papuan ancestry had arrived in Vanuatu by 2400 BP, an event that coincided with the end of the Lapita cultural period, changes in skeletal morphology, and the cessation of long-distance trade between Near and Remote Oceania [2]. First Remote Oceanian ancestry subsequently increased via admixture but remains at 10-20% in most islands. Through a fine-grained comparison of ancestry profiles in Vanuatu and Polynesia with diverse groups in Near Oceania, we find that Papuan ancestry in Vanuatu is consistent with deriving from the Bismarck Archipelago instead of the geographically closer Solomon Islands. Papuan ancestry in Polynesia also shows connections to the ancestry profiles present in the Bismarck Archipelago but is more similar to Tolai from New Britain and Tutuba from Vanuatu than to the ancient Vanuatu individuals and the great majority of present-day Vanuatu populations. This suggests a third eastward stream of migration from Near to Remote Oceania bringing a different type of Papuan ancestry.

The roles of migration, admixture and acculturation in the European transition to farming have been debated for over 100 years. Genome-wide ancient DNA studies indicate predominantly Anatolian ancestry for continental Neolithic farmers, but also variable admixture with local Mesolithic hunter-gatherers. Neolithic cultures first appear in Britain c. 6000 years ago (kBP), a millennium after they appear in adjacent areas of northwestern continental Europe. However, the pattern and process of the British Neolithic transition remains unclear. We assembled genome-wide data from six Mesolithic and 67 Neolithic individuals found in Britain, dating from 10.5-4.5 kBP, a dataset that includes 22 newly reported individuals and the first genomic data from British Mesolithic hunter-gatherers. Our analyses reveals persistent genetic affinities between Mesolithic British and Western European hunter-gatherers over a period spanning Britain's separation from continental Europe. We find overwhelming support for agriculture being introduced by incoming continental farmers, with small and geographically structured levels of additional hunter-gatherer introgression. We find genetic affinity between British and Iberian Neolithic populations indicating that British Neolithic people derived much of their ancestry from Anatolian farmers who originally followed the Mediterranean route of dispersal and likely entered Britain from northwestern mainland Europe.