Here we report the Simons Genome Diversity Project data set: high quality genomes from 300 individuals from 142 diverse populations. These genomes include at least 5.8 million base pairs that are not present in the human reference genome. Our analysis reveals key features of the landscape of human genome variation, including that the rate of accumulation of mutations has accelerated by about 5% in non-Africans compared to Africans since divergence. We show that the ancestors of some pairs of present-day human populations were substantially separated by 100,000 years ago, well before the archaeologically attested onset of behavioural modernity. We also demonstrate that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans; instead, their modern human ancestry is consistent with coming from the same source as that of other non-Africans. Deep whole-genome sequencing of 300 individuals from 142 diverse populations provides insights into key population genetic parameters, shows that all modern human ancestry outside of Africa including in Australasians is consistent with descending from a single founding population, and suggests a higher rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence. Three international collaborations reporting in this issue of Nature describe 787 high-quality genomes from individuals from geographically diverse populations. David Reich and colleagues analysed whole-genome sequences of 300 individuals from 142 populations. Their findings include an accelerated estimated rate of accumulation of mutations in non-Africans compared to Africans since divergence, and that indigenous Australians, New Guineans and Andamanese do not derive substantial ancestry from an early dispersal of modern humans but from the same source as that of other non-Africans. Eske Willerlsev and colleagues obtained whole-genome data for 83 Aboriginal Australians and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. They estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations 51,000–72,000 years ago, following a single out-of-Africa dispersal. Luca Pagani et al. report on a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations. Their analyses support the model by which all non-African populations derive most of their genetic ancestry from a single recent migration out of Africa, although a Papuan contribution suggests a trace of an earlier human expansion.

A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

Founder analysis is a method for analysis of nonrecombining DNA sequence data, with the aim of identification and dating of migrations into new territory. The method picks out founder sequence types in potential source populations and dates lineage clusters deriving from them in the settlement zone of interest. Here, using mtDNA, we apply the approach to the colonization of Europe, to estimate the proportion of modern lineages whose ancestors arrived during each major phase of settlement. To estimate the Palaeolithic and Neolithic contributions to European mtDNA diversity more accurately than was previously achievable, we have now extended the Near Eastern, European, and northern-Caucasus databases to 1,234, 2, 804, and 208 samples, respectively. Both back-migration into the source population and recurrent mutation in the source and derived populations represent major obstacles to this approach. We have developed phylogenetic criteria to take account of both these factors, and we suggest a way to account for multiple dispersals of common sequence types. We conclude that (i) there has been substantial back-migration into the Near East, (ii) the majority of extant mtDNA lineages entered Europe in several waves during the Upper Palaeolithic, (iii) there was a founder effect or bottleneck associated with the Last Glacial Maximum, 20,000 years ago, from which derives the largest fraction of surviving lineages, and (iv) the immigrant Neolithic component is likely to comprise less than one-quarter of the mtDNA pool of modern Europeans.

Draft genomes of two south-central Siberian individuals dating to 24,000 and 17,000 years ago show that they are genetically closely related to modern-day western Eurasians and Native Americans but not to east Asians; the results have implications for our understanding of the origins of Native Americans. Where did the First Americans come from, and who were they? On both counts the interpretation of the genetic and archaeological evidence causes controversy. The publication of the draft genome of a 24,000-year-old human specimen from Mal'ta in south-central Siberia — the earliest modern human genome sequence reported to date — may help to clarify matters. Eske Willerslev and colleagues find that the Mal'ta individual is genetically closely related to modern-day Native Americans and basal to modern-day western Eurasians, but has no close affinity to east Asians. This implies that populations related to modern-day western Eurasians had a more northeasterly distribution in the past than commonly thought. The authors estimate that between 14 and 38% of Native American ancestry originates from this ancient Mal'ta group and is therefore not of east Asian but rather of western Eurasian ancestry, which may explain why several First American crania have been reported as bearing non-east Asian features. The origins of the First Americans remain contentious. Although Native Americans seem to be genetically most closely related to east Asians1,2,3, there is no consensus with regard to which specific Old World populations they are closest to4,5,6,7,8. Here we sequence the draft genome of an approximately 24,000-year-old individual (MA-1), from Mal’ta in south-central Siberia9, to an average depth of 1×. To our knowledge this is the oldest anatomically modern human genome reported to date. The MA-1 mitochondrial genome belongs to haplogroup U, which has also been found at high frequency among Upper Palaeolithic and Mesolithic European hunter-gatherers10,11,12, and the Y chromosome of MA-1 is basal to modern-day western Eurasians and near the root of most Native American lineages5. Similarly, we find autosomal evidence that MA-1 is basal to modern-day western Eurasians and genetically closely related to modern-day Native Americans, with no close affinity to east Asians. This suggests that populations related to contemporary western Eurasians had a more north-easterly distribution 24,000 years ago than commonly thought. Furthermore, we estimate that 14 to 38% of Native American ancestry may originate through gene flow from this ancient population. This is likely to have occurred after the divergence of Native American ancestors from east Asian ancestors, but before the diversification of Native American populations in the New World. Gene flow from the MA-1 lineage into Native American ancestors could explain why several crania from the First Americans have been reported as bearing morphological characteristics that do not resemble those of east Asians2,13. Sequencing of another south-central Siberian, Afontova Gora-2 dating to approximately 17,000 years ago14, revealed similar autosomal genetic signatures as MA-1, suggesting that the region was continuously occupied by humans throughout the Last Glacial Maximum. Our findings reveal that western Eurasian genetic signatures in modern-day Native Americans derive not only from post-Columbian admixture, as commonly thought, but also from a mixed ancestry of the First Americans.

We report here the genome sequence of an ancient human. Obtained from ∼4,000-year-old permafrost-preserved hair, the genome represents a male individual from the first known culture to settle in Greenland. Sequenced to an average depth of 20×, we recover 79% of the diploid genome, an amount close to the practical limit of current sequencing technologies. We identify 353,151 high-confidence single-nucleotide polymorphisms (SNPs), of which 6.8% have not been reported previously. We estimate raw read contamination to be no higher than 0.8%. We use functional SNP assessment to assign possible phenotypic characteristics of the individual that belonged to a culture whose location has yielded only trace human remains. We compare the high-confidence SNPs to those of contemporary populations to find the populations most closely related to the individual. This provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of that giving rise to the modern Native Americans and Inuit. For the first time, the sequence of a near-complete nuclear genome has been obtained from the tissue of an ancient human. It comes from permafrost-preserved hair, about 4,000 years old, of a male palaeo-Eskimo of the Saqqaq culture, the earliest known settlers in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment was used to assign possible phenotypic characteristics. The analysis provides evidence for a migration from Siberia into the New World some 5,500 years ago, independent of the migration that gave rise to the modern Native Americans and Inuit. Elsewhere in the issue we profile the paper's last author Eske Willerslev, who headed the project and found the lock of hair in a Copenhagen museum basement — after a fruitless search among the archaeological sites of Peary Land. The first genome sequence of an ancient human is reported. It comes from an approximately 4,000-year-old permafrost-preserved hair from a male from the first known culture to settle in Greenland. Functional single-nucleotide polymorphism (SNP) assessment is used to assign possible phenotypic characteristics and high-confidence SNPs are compared to those of contemporary populations to find those most closely related to the individual.

We present an Aboriginal Australian genomic sequence obtained from a 100-year-old lock of hair donated by an Aboriginal man from southern Western Australia in the early 20th century. We detect no evidence of European admixture and estimate contamination levels to be below 0.5%. We show that Aboriginal Australians are descendants of an early human dispersal into eastern Asia, possibly 62,000 to 75,000 years ago. This dispersal is separate from the one that gave rise to modern Asians 25,000 to 38,000 years ago. We also find evidence of gene flow between populations of the two dispersal waves prior to the divergence of Native Americans from modern Asian ancestors. Our findings support the hypothesis that present-day Aboriginal Australians descend from the earliest humans to occupy Australia, likely representing one of the oldest continuous populations outside Africa.

Clinal patterns of autosomal genetic diversity within Europe have been interpreted in previous studies in terms of a Neolithic demic diffusion model for the spread of agriculture; in contrast, studies using mtDNA have traced many founding lineages to the Paleolithic and have not shown strongly clinal variation. We have used 11 human Y-chromosomal biallelic polymorphisms, defining 10 haplogroups, to analyze a sample of 3,616 Y chromosomes belonging to 47 European and circum-European populations. Patterns of geographic differentiation are highly nonrandom, and, when they are assessed using spatial autocorrelation analysis, they show significant clines for five of six haplogroups analyzed. Clines for two haplogroups, representing 45% of the chromosomes, are continentwide and consistent with the demic diffusion hypothesis. Clines for three other haplogroups each have different foci and are more regionally restricted and are likely to reflect distinct population movements, including one from north of the Black Sea. Principal-components analysis suggests that populations are related primarily on the basis of geography, rather than on the basis of linguistic affinity. This is confirmed in Mantel tests, which show a strong and highly significant partial correlation between genetics and geography but a low, nonsignificant partial correlation between genetics and language. Genetic-barrier analysis also indicates the primacy of geography in the shaping of patterns of variation. These patterns retain a strong signal of expansion from the Near East but also suggest that the demographic history of Europe has been complex and influenced by other major population movements, as well as by linguistic and geographic heterogeneities and the effects of drift. Clinal patterns of autosomal genetic diversity within Europe have been interpreted in previous studies in terms of a Neolithic demic diffusion model for the spread of agriculture; in contrast, studies using mtDNA have traced many founding lineages to the Paleolithic and have not shown strongly clinal variation. We have used 11 human Y-chromosomal biallelic polymorphisms, defining 10 haplogroups, to analyze a sample of 3,616 Y chromosomes belonging to 47 European and circum-European populations. Patterns of geographic differentiation are highly nonrandom, and, when they are assessed using spatial autocorrelation analysis, they show significant clines for five of six haplogroups analyzed. Clines for two haplogroups, representing 45% of the chromosomes, are continentwide and consistent with the demic diffusion hypothesis. Clines for three other haplogroups each have different foci and are more regionally restricted and are likely to reflect distinct population movements, including one from north of the Black Sea. Principal-components analysis suggests that populations are related primarily on the basis of geography, rather than on the basis of linguistic affinity. This is confirmed in Mantel tests, which show a strong and highly significant partial correlation between genetics and geography but a low, nonsignificant partial correlation between genetics and language. Genetic-barrier analysis also indicates the primacy of geography in the shaping of patterns of variation. These patterns retain a strong signal of expansion from the Near East but also suggest that the demographic history of Europe has been complex and influenced by other major population movements, as well as by linguistic and geographic heterogeneities and the effects of drift.

Native Americans derive from a small number of Asian founders who likely arrived to the Americas via Beringia. However, additional details about the intial colonization of the Americas remain unclear. To investigate the pioneering phase in the Americas we analyzed a total of 623 complete mtDNAs from the Americas and Asia, including 20 new complete mtDNAs from the Americas and seven from Asia. This sequence data was used to direct high-resolution genotyping from 20 American and 26 Asian populations. Here we describe more genetic diversity within the founder population than was previously reported. The newly resolved phylogenetic structure suggests that ancestors of Native Americans paused when they reached Beringia, during which time New World founder lineages differentiated from their Asian sister-clades. This pause in movement was followed by a swift migration southward that distributed the founder types all the way to South America. The data also suggest more recent bi-directional gene flow between Siberia and the North American Arctic.

To characterize the mitochondrial DNA (mtDNA) variation in Han Chinese from several provinces of China, we have sequenced the two hypervariable segments of the control region and the segment spanning nucleotide positions 10171–10659 of the coding region, and we have identified a number of specific coding-region mutations by direct sequencing or restriction-fragment–length–polymorphism tests. This allows us to define new haplogroups (clades of the mtDNA phylogeny) and to dissect the Han mtDNA pool on a phylogenetic basis, which is a prerequisite for any fine-grained phylogeographic analysis, the interpretation of ancient mtDNA, or future complete mtDNA sequencing efforts. Some of the haplogroups under study differ considerably in frequencies across different provinces. The southernmost provinces show more pronounced contrasts in their regional Han mtDNA pools than the central and northern provinces. These and other features of the geographical distribution of the mtDNA haplogroups observed in the Han Chinese make an initial Paleolithic colonization from south to north plausible but would suggest subsequent migration events in China that mainly proceeded from north to south and east to west. Lumping together all regional Han mtDNA pools into one fictive general mtDNA pool or choosing one or two regional Han populations to represent all Han Chinese is inappropriate for prehistoric considerations as well as for forensic purposes or medical disease studies.

Genetic history of Native Americans Several theories have been put forth as to the origin and timing of when Native American ancestors entered the Americas. To clarify this controversy, Raghavan et al. examined the genomic variation among ancient and modern individuals from Asia and the Americas. There is no evidence for multiple waves of entry or recurrent gene flow with Asians in northern populations. The earliest migrations occurred no earlier than 23,000 years ago from Siberian ancestors. Amerindians and Athabascans originated from a single population, splitting approximately 13,000 years ago. Science , this issue 10.1126/science.aab3884