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.

Abstract The Roman Empire expanded through the Mediterranean shores and brought human mobility and cosmopolitanism across this inland sea to an unprecedented scale. However, if this was also common at the Empire frontiers remains undetermined. The Balkans and Danube River were of strategic importance for the Romans acting as an East-West connection and as a defense line against “barbarian” tribes. We generated genome-wide data from 70 ancient individuals from present-day Serbia dated to the first millennium CE; including Viminacium, capital of Moesia Superior province. Our analyses reveal large scale-movements from Anatolia during Imperial rule, similar to the pattern observed in Rome, and cases of individual mobility from as far as East Africa. Between ∼250-500 CE, we detect gene-flow from Central/Northern Europe harboring admixtures of Iron Age steppe groups. Tenth-century CE individuals harbored North-Eastern European-related ancestry likely associated to Slavic-speakers, which contributed >20% of the ancestry of today’s Balkan people.

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.

DNA recovery from ancient human remains has revolutionized our ability to reconstruct the genetic landscape of the past. Ancient DNA research has benefited from the identification of skeletal elements, such as the cochlear part of the osseous inner ear, that provide optimal contexts for DNA preservation; however, the rich genetic information obtained from the cochlea must be counterbalanced against the loss of valuable morphological information caused by its sampling. Motivated by similarities in developmental processes and histological properties between the cochlea and auditory ossicles, we evaluated the efficacy of ossicles as an alternative source of ancient DNA. We demonstrate that ossicles perform comparably to the cochlea in terms of DNA recovery, finding no substantial reduction in data quality, quantity, or authenticity across a range of preservation conditions. Ossicles can be sampled from intact skulls or disarticulated petrous bones without damage to surrounding bone, and we argue that, when available, they should be selected over the cochlea to reduce damage to skeletal integrity. These results identify a second optimal skeletal element for ancient DNA analysis and add to a growing toolkit of sampling methods that help to better preserve skeletal remains for future research while maximizing the likelihood that ancient DNA analysis will produce useable results.

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.

3月26日，我校社会与人类学院王传超教授作为第一作者和通讯作者，与哈佛医学院、哈佛大学人类学系、德国马普人类历史科学研究所、南洋理工大学人文学院、复旦大学、俄罗斯远东联邦大学科学博物馆、西安交通大学、蒙古国国家博物馆研究中心、乌兰巴托国立大学考古系、维也纳大学进化人类学系、华盛顿大学人类学系、台湾成功大学考古所、加州大学人类学系等全球41个单位的77位共同作者组成的国际合作团队在bioRxiv上发表预印本论文“The Genomic Formation of Human Populations in East Asia”，发布了东亚地区最大规模的古人基因组研究，包含了191个距今8000到1000年前古人基因组捕获测序，涵盖了陕北新石器时代五庄果墚遗址、台湾新石器到铁器时代汉本和公馆遗址、蒙古国50余个考古遗址、俄罗斯远东地区Boisman、Yankovsky和黑水靺鞨等遗址、日本绳文人遗址等，研究人员还报道了46个现代族群的383个样本的芯片分型数据以及94个考古碳十四测年数据，首次通过古DNA精细解析东亚人群8000年来的起源、迁徙和混合历史，也改变了东亚地区尤其是中国境内考古基因组学研究长期滞后的局面。