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. Abstract Figure Summary Figure: The origin of Indo-Anatolian and Indo-European languages. Genetic reconstruction of the ancestry of Pontic-Caspian steppe and West Asian populations points to the North Caucasus-Lower Volga area as the homeland of Indo-Anatolian languages and to the Serednii Stih archaeological culture of the Dnipro-Don area as the homeland of Indo-European languages. The Caucasus-Lower Volga people had diverse distal roots, estimated using the qpAdm software on the left barplot, as Caucasus hunter-gatherer (purple), Central Asian (red), Eastern hunter-gatherer (pink), and West Asian Neolithic (green). Caucasus-Lower Volga expansions, estimated using qpAdm on the right barplot as disseminated Caucasus Neolithic (blue)-Lower Volga Eneolithic (orange) proximal ancestries, mixing with the inhabitants of the North Pontic region (yellow), Volga region (yellow), and West Asia (green).

The North Eurasian forest and forest-steppe zones have sustained millennia of sociocultural connections among northern peoples. We present genome-wide ancient DNA data for 181 individuals from this region spanning the Mesolithic, Neolithic and Bronze Age. We find that Early to Mid-Holocene hunter-gatherer populations from across the southern forest and forest-steppes of Northern Eurasia can be characterized by a continuous gradient of ancestry that remained stable for millennia, ranging from fully West Eurasian in the Baltic region to fully East Asian in the Transbaikal region. In contrast, cotemporaneous groups in far Northeast Siberia were genetically distinct, retaining high levels of continuity from a population that was the primary source of ancestry for Native Americans. By the mid-Holocene, admixture between this early Northeastern Siberian population and groups from Inland East Asia and the Amur River Basin produced two distinctive populations in eastern Siberia that played an important role in the genetic formation of later people. Ancestry from the first population, Cis-Baikal Late Neolithic-Bronze Age (Cisbaikal_LNBA), is found substantially only among Yeniseian-speaking groups and those known to have admixed with them. Ancestry from the second, Yakutian Late Neolithic-Bronze Age (Yakutia_LNBA), is strongly associated with present-day Uralic speakers. We show how Yakutia_LNBA ancestry spread from an east Siberian origin ~4.5kya, along with subclades of Y-chromosome haplogroup N occurring at high frequencies among present-day Uralic speakers, into Western and Central Siberia in communities associated with Seima-Turbino metallurgy: a suite of advanced bronze casting techniques that spread explosively across an enormous region of Northern Eurasia ~4.0kya. However, the ancestry of the 16 Seima-Turbino-period individuals--the first reported from sites with this metallurgy--was otherwise extraordinarily diverse, with partial descent from Indo-Iranian-speaking pastoralists and multiple hunter-gatherer populations from widely separated regions of Eurasia. Our results provide support for theories suggesting that early Uralic speakers at the beginning of their westward dispersal where involved in the expansion of Seima-Turbino metallurgical traditions, and suggests that both cultural transmission and migration were important in the spread of Seima-Turbino material culture.