Ancient DNA studies have established that Neolithic European 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. Here we investigate the population dynamics of Neolithization across Europe using a high-resolution genome-wide ancient DNA dataset with a total of 180 samples, of which 130 are newly reported here, from the Neolithic and Chalcolithic periods of Hungary (6000-2900 bc, n = 100), Germany (5500-3000 bc, n = 42) and Spain (5500-2200 bc, n = 38). We find that genetic diversity was shaped predominantly by local processes, with varied sources and proportions of hunter-gatherer ancestry 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 in which gene flow reshaped European populations throughout the Neolithic period and demonstrate the potential of time-series-based sampling and modelling approaches to elucidate multiple dimensions of historical population interactions.

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.

Abstract The Linearbandkeramik (LBK) Neolithic communities were the first to spread farming across large parts of central Europe, settling fertile regions from Ukraine to France during the second half of the 6th millennium BCE. The LBK had a high degree of material culture uniformity, albeit with regional differences in settlement patterns, subsistence, and mortuary practices. To date, ancient DNA data from LBK individuals have been generated for a limited number of locations and often in small sample sizes, making it challenging to study variation within and across sites. We report genome-wide data for 178 LBK individuals, from the Alföld Linearbankeramik Culture (ALPC) eastern LBK site of Polgár-Ferenci-hát in Hungary, the western LBK site of Nitra in Slovakia, and the enclosed western LBK settlement and massacre site of Schletz in Austria, as well as 42 LBK individuals from 18 other sites. We also report genome-wide data for 28 Early Neolithic Körös and Starčevo individuals from 13 sites, viewed as the predecessors of the LBK. We observe a higher percentage of western hunter-gatherer (WHG) admixture among individuals in the eastern LBK than in the far more widely distributed western LBK, showing that these two archaeologically distinct cultures also had different genetic trajectories. Most WHG-farmer mixture occurred just before the dawn of the LBK culture and there is no evidence that the WHG ancestry came systematically more from males or females. However, we do find strong genetic evidence for patrilocality among the LBK, extending previous findings based on isotopic analysis, with more genetic structure across sites on the male than on the female line, and a higher rate of within-site relatives for males. At Schletz we detect almost no first-degree relatives despite reporting data from almost every skeleton present at the site, showing that this massacre involved people from a large population, not a small community.

Farming was established in Central Europe by the Linearbandkeramik culture (LBK), a well-investigated archaeological horizon, which emerged in the Carpathian Basin, in today's Hungary. However, the genetic background of the LBK genesis has not been revealed yet. Here we present 9 Y chromosomal and 84 mitochondrial DNA profiles from Mesolithic, Neolithic Starčevo and LBK sites (7th/6th millennium BC) from the Carpathian Basin and south-eastern Europe. We detect genetic continuity of both maternal and paternal elements during the initial spread of agriculture, and confirm the substantial genetic impact of early farming south-eastern European and Carpathian Basin cultures on Central European populations of the 6th-4th millennium BC. Our comprehensive Y chromosomal and mitochondrial DNA population genetic analyses demonstrate a clear affinity of the early farmers to the modern Near East and Caucasus, tracing the expansion from that region through south-eastern Europe and the Carpathian Basin into Central Europe. Our results also reveal contrasting patterns for male and female genetic diversity in the European Neolithic, suggesting patrilineal descent system and patrilocal residential rules among the early farmers.