Modern humans arrived in Europe ~45,000 years ago, but little is known about their genetic composition before the start of farming ~8,500 years ago. Here we analyse genome-wide data from 51 Eurasians from ~45,000-7,000 years ago. Over this time, the proportion of Neanderthal DNA decreased from 3-6% to around 2%, consistent with natural selection against Neanderthal variants in modern humans. Whereas there is no evidence of the earliest modern humans in Europe contributing to the genetic composition of present-day Europeans, all individuals between ~37,000 and ~14,000 years ago descended from a single founder population which forms part of the ancestry of present-day Europeans. An ~35,000-year-old individual from northwest Europe represents an early branch of this founder population which was then displaced across a broad region, before reappearing in southwest Europe at the height of the last Ice Age ~19,000 years ago. During the major warming period after ~14,000 years ago, a genetic component related to present-day Near Easterners became widespread in Europe. These results document how population turnover and migration have been recurring themes of European prehistory.

Ancient human movements through Asia Ancient DNA has allowed us to begin tracing the history of human movements across the globe. Narasimhan et al. identify a complex pattern of human migrations and admixture events in South and Central Asia by performing genetic analysis of more than 500 people who lived over the past 8000 years (see the Perspective by Schaefer and Shapiro). They establish key phases in the population prehistory of Eurasia, including the spread of farming peoples from the Near East, with movements both westward and eastward. The people known as the Yamnaya in the Bronze Age also moved both westward and eastward from a focal area located north of the Black Sea. The overall patterns of genetic clines reflect similar and parallel patterns in South Asia and Europe. Science , this issue p. eaat7487 ; see also p. 981

Earliest modern humans out of Africa Recent paleoanthropological studies have suggested that modern humans migrated from Africa as early as the beginning of the Late Pleistocene, 120,000 years ago. Hershkovitz et al. now suggest that early modern humans were already present outside of Africa more than 55,000 years earlier (see the Perspective by Stringer and Galway-Witham). During excavations of sediments at Mount Carmel, Israel, they found a fossil of a mouth part, a left hemimaxilla, with almost complete dentition. The sediments contain a series of well-defined hearths and a rich stone-based industry, as well as abundant animal remains. Analysis of the human remains, and dating of the site and the fossil itself, indicate a likely age of at least 177,000 years for the fossil—making it the oldest member of the Homo sapiens clade found outside Africa. Science , this issue p. 456 ; see also p. 389

Neanderthals and Denisovans are extinct groups of hominins that separated from each other more than 390,000 years ago1,2. Here we present the genome of 'Denisova 11', a bone fragment from Denisova Cave (Russia)3 and show that it comes from an individual who had a Neanderthal mother and a Denisovan father. The father, whose genome bears traces of Neanderthal ancestry, came from a population related to a later Denisovan found in the cave4-6. The mother came from a population more closely related to Neanderthals who lived later in Europe2,7 than to an earlier Neanderthal found in Denisova Cave8, suggesting that migrations of Neanderthals between eastern and western Eurasia occurred sometime after 120,000 years ago. The finding of a first-generation Neanderthal-Denisovan offspring among the small number of archaic specimens sequenced to date suggests that mixing between Late Pleistocene hominin groups was common when they met.

Tracing our ancestors in cave sediments Analysis of DNA from archaic hominids has illuminated human evolution. However, sites where thousand-year-old bones and other remains can be found are relatively rare. Slon et al. wanted to exploit any trace remains that our ancestors left behind. They looked for ancient DNA of hominids and other mammals in cave sediments, even those lacking skeletal remains. They identified mitochondrial DNA from Neandertal and Denisovan individuals in cave sediments at multiple sites. Science , this issue p. 605

Ancient DNA is typically highly degraded with appreciable cytosine deamination, and contamination with present-day DNA often complicates the identification of endogenous molecules. Together, these factors impede accurate assembly of the endogenous ancient mitochondrial genome. We present schmutzi, an iterative approach to jointly estimate present-day human contamination in ancient human DNA datasets and reconstruct the endogenous mitochondrial genome. By using sequence deamination patterns and fragment length distributions, schmutzi accurately reconstructs the endogenous mitochondrial genome sequence even when contamination exceeds 50 %. Given sufficient coverage, schmutzi also produces reliable estimates of contamination across a range of contamination rates. Availability: https://bioinf.eva.mpg.de/schmutzi/ license:GPLv3.

Abstract Apes possess two sex chromosomes—the male-specific Y chromosome and the X chromosome, which is present in both males and females. The Y chromosome is crucial for male reproduction, with deletions being linked to infertility 1 . The X chromosome is vital for reproduction and cognition 2 . Variation in mating patterns and brain function among apes suggests corresponding differences in their sex chromosomes. However, owing to their repetitive nature and incomplete reference assemblies, ape sex chromosomes have been challenging to study. Here, using the methodology developed for the telomere-to-telomere (T2T) human genome, we produced gapless assemblies of the X and Y chromosomes for five great apes (bonobo ( Pan paniscus ), chimpanzee ( Pan troglodytes ), western lowland gorilla ( Gorilla gorilla gorilla ), Bornean orangutan ( Pongo pygmaeus ) and Sumatran orangutan ( Pongo abelii )) and a lesser ape (the siamang gibbon ( Symphalangus syndactylus )), and untangled the intricacies of their evolution. Compared with the X chromosomes, the ape Y chromosomes vary greatly in size and have low alignability and high levels of structural rearrangements—owing to the accumulation of lineage-specific ampliconic regions, palindromes, transposable elements and satellites. Many Y chromosome genes expand in multi-copy families and some evolve under purifying selection. Thus, the Y chromosome exhibits dynamic evolution, whereas the X chromosome is more stable. Mapping short-read sequencing data to these assemblies revealed diversity and selection patterns on sex chromosomes of more than 100 individual great apes. These reference assemblies are expected to inform human evolution and conservation genetics of non-human apes, all of which are endangered species.

The genetic formation of Central and South Asian populations has been unclear because of an absence of ancient DNA. To address this gap, we generated genome-wide data from 362 ancient individuals, including the first from eastern Iran, Turan (Uzbekistan, Turkmenistan, and Tajikistan), Bronze Age Kazakhstan, and South Asia. Our data reveal a complex set of genetic sources that ultimately combined to form the ancestry of South Asians today. We document a southward spread of genetic ancestry from the Eurasian Steppe, correlating with the archaeologically known expansion of pastoralist sites from the Steppe to Turan in the Middle Bronze Age (2300-1500 BCE). These Steppe communities mixed genetically with peoples of the Bactria Margiana Archaeological Complex (BMAC) whom they encountered in Turan (primarily descendants of earlier agriculturalists of Iran), but there is no evidence that the main BMAC population contributed genetically to later South Asians. Instead, Steppe communities integrated farther south throughout the 2nd millennium BCE, and we show that they mixed with a more southern population that we document at multiple sites as outlier individuals exhibiting a distinctive mixture of ancestry related to Iranian agriculturalists and South Asian hunter-gathers. We call this group Indus Periphery because they were found at sites in cultural contact with the Indus Valley Civilization (IVC) and along its northern fringe, and also because they were genetically similar to post-IVC groups in the Swat Valley of Pakistan. By co-analyzing ancient DNA and genomic data from diverse present-day South Asians, we show that Indus Periphery-related people are the single most important source of ancestry in South Asia — consistent with the idea that the Indus Periphery individuals are providing us with the first direct look at the ancestry of peoples of the IVC — and we develop a model for the formation of present-day South Asians in terms of the temporally and geographically proximate sources of Indus Periphery-related, Steppe, and local South Asian hunter-gatherer-related ancestry. Our results show how ancestry from the Steppe genetically linked Europe and South Asia in the Bronze Age, and identifies the populations that almost certainly were responsible for spreading Indo-European languages across much of Eurasia.

We sequenced the genome of a Neandertal from Chagyrskaya Cave in the Altai Mountains, Russia, to 27-fold genomic coverage. We estimate that this individual lived ~80,000 years ago and was more closely related to Neandertals in western Eurasia than to Neandertals who lived earlier in Denisova Cave, which is located about 100 km away. About 12.9% of the Chagyrskaya genome is spanned by homozygous regions that are between 2.5 and 10 centiMorgans (cM) long. This is consistent with that Siberian Neandertals lived in relatively isolated populations of less than 60 individuals. In contrast, a Neandertal from Europe, a Denisovan from the Altai Mountains and ancient modern humans seem to have lived in populations of larger sizes. The availability of three Neandertal genomes of high quality allows a first view of genetic features that were unique to Neandertals and that are likely to have been at high frequency among them. We find that genes highly expressed in the striatum in the basal ganglia of the brain carry more amino acid-changing substitutions than genes expressed elsewhere in the brain, suggesting that the striatum may have evolved unique functions in Neandertals.

Apes possess two sex chromosomes—the male-specific Y and the X shared by males and females. The Y chromosome is crucial for male reproduction, with deletions linked to infertility. The X chromosome carries genes vital for reproduction and cognition. Variation in mating patterns and brain function among great apes suggests corresponding differences in their sex chromosome structure and evolution. However, due to their highly repetitive nature and incomplete reference assemblies, ape sex chromosomes have been challenging to study. Here, using the state-of-the-art experimental and computational methods developed for the telomere-to-telomere (T2T) human genome, we produced gapless, complete assemblies of the X and Y chromosomes for five great apes (chimpanzee, bonobo, gorilla, Bornean and Sumatran orangutans) and a lesser ape, the siamang gibbon. These assemblies completely resolved ampliconic, palindromic, and satellite sequences, including the entire centromeres, allowing us to untangle the intricacies of ape sex chromosome evolution. We found that, compared to the X, ape Y chromosomes vary greatly in size and have low alignability and high levels of structural rearrangements. This divergence on the Y arises from the accumulation of lineage-specific ampliconic regions and palindromes (which are shared more broadly among species on the X) and from the abundance of transposable elements and satellites (which have a lower representation on the X). Our analysis of Y chromosome genes revealed lineage-specific expansions of multi-copy gene families and signatures of purifying selection. In summary, the Y exhibits dynamic evolution, while the X is more stable. Finally, mapping short-read sequencing data from >100 great ape individuals revealed the patterns of diversity and selection on their sex chromosomes, demonstrating the utility of these reference assemblies for studies of great ape evolution. These complete sex chromosome assemblies are expected to further inform conservation genetics of nonhuman apes, all of which are endangered species.