Languages, like genes, provide vital clues about human history1,2. The origin of the Indo-European language family is “the most intensively studied, yet still most recalcitrant, problem of historical linguistics”3. Numerous genetic studies of Indo-European origins have also produced inconclusive results4,5,6. Here we analyse linguistic data using computational methods derived from evolutionary biology. We test two theories of Indo-European origin: the ‘Kurgan expansion’ and the ‘Anatolian farming’ hypotheses. The Kurgan theory centres on possible archaeological evidence for an expansion into Europe and the Near East by Kurgan horsemen beginning in the sixth millennium BP7,8. In contrast, the Anatolian theory claims that Indo-European languages expanded with the spread of agriculture from Anatolia around 8,000–9,500 years bp9. In striking agreement with the Anatolian hypothesis, our analysis of a matrix of 87 languages with 2,449 lexical items produced an estimated age range for the initial Indo-European divergence of between 7,800 and 9,800 years bp. These results were robust to changes in coding procedures, calibration points, rooting of the trees and priors in the bayesian analysis.

There are two competing hypotheses for the origin of the Indo-European language family. The conventional view places the homeland in the Pontic steppes about 6000 years ago. An alternative hypothesis claims that the languages spread from Anatolia with the expansion of farming 8000 to 9500 years ago. We used Bayesian phylogeographic approaches, together with basic vocabulary data from 103 ancient and contemporary Indo-European languages, to explicitly model the expansion of the family and test these hypotheses. We found decisive support for an Anatolian origin over a steppe origin. Both the inferred timing and root location of the Indo-European language trees fit with an agricultural expansion from Anatolia beginning 8000 to 9500 years ago. These results highlight the critical role that phylogeographic inference can play in resolving debates about human prehistory.

As a language evolves, grammatical rules emerge and exceptions die out. Lieberman et al. have calculated the rate at which a language grows more regular, based on 1,200 years of English usage. Of 177 irregular verbs, 79 became regular in the last millennium. And the trend follows a simple rule: a verb's half-life scales as the square root of its frequency. Irregular verbs that are 100 times as rare regularize 10 times faster. The emergence of a rule (such as adding –ed for the past tense) spells death for exceptional forms. The cover graphic makes the point: verb size corresponds to usage frequency, so large verbs stay at the top, and small verbs fall to the bottom. 'Wed', the next irregular verb to go, is on the brink. In a separate study, Pagel et al. looked at changing word meanings. Across the Indo-European languages, words like 'tail' or 'bird' evolve rapidly and are expressed by many unrelated words. Others, like 'two', are expressed by closely related word forms across the whole language family. Data from over 80 modern languages show that the more a word is used, the less it changes. Statistical modelling techniques and concepts from biology are applied to linguistic data to show a general and law-like relationship between the frequency with which meanings are used in everyday language and their rate of evolution throughout Indo-European history: the more a word is used, the less likely it is to change over time. The findings demonstrate a fundamental aspect of language evolution that is predicted to apply to all languages. Greek speakers say “ουρ ”, Germans “schwanz” and the French “queue” to describe what English speakers call a ‘tail’, but all of these languages use a related form of ‘two’ to describe the number after one. Among more than 100 Indo-European languages and dialects, the words for some meanings (such as ‘tail’) evolve rapidly, being expressed across languages by dozens of unrelated words, while others evolve much more slowly—such as the number ‘two’, for which all Indo-European language speakers use the same related word-form1. No general linguistic mechanism has been advanced to explain this striking variation in rates of lexical replacement among meanings. Here we use four large and divergent language corpora (English2, Spanish3, Russian4 and Greek5) and a comparative database of 200 fundamental vocabulary meanings in 87 Indo-European languages6 to show that the frequency with which these words are used in modern language predicts their rate of replacement over thousands of years of Indo-European language evolution. Across all 200 meanings, frequently used words evolve at slower rates and infrequently used words evolve more rapidly. This relationship holds separately and identically across parts of speech for each of the four language corpora, and accounts for approximately 50% of the variation in historical rates of lexical replacement. We propose that the frequency with which specific words are used in everyday language exerts a general and law-like influence on their rates of evolution. Our findings are consistent with social models of word change that emphasize the role of selection, and suggest that owing to the ways that humans use language, some words will evolve slowly and others rapidly across all languages.

Human genetic and phenotypic diversity declines with distance from Africa, as predicted by a serial founder effect in which successive population bottlenecks during range expansion progressively reduce diversity, underpinning support for an African origin of modern humans. Recent work suggests that a similar founder effect may operate on human culture and language. Here I show that the number of phonemes used in a global sample of 504 languages is also clinal and fits a serial founder-effect model of expansion from an inferred origin in Africa. This result, which is not explained by more recent demographic history, local language diversity, or statistical non-independence within language families, points to parallel mechanisms shaping genetic and linguistic diversity and supports an African origin of modern human languages.

Using economic games, the authors examine the role of religion in the persistence of human cooperation; individuals who claim that their gods are moralizing, punitive and knowledgeable about human affairs are more likely to play fairly towards geographically distant co-religionists. How has cooperation persisted in human societies that are increasingly large and complex, where simple relatedness is not necessarily sufficient? These authors examine the role of religion and gods that are moralizing, punitive, and take a specific interest in human affairs. Using economic games and ethnographic interviews, the authors tested more than 500 individuals following Christianity, Hinduism, Buddhism, and local traditions including animism and ancestor worship. They find that those who believe in gods they perceive as moralistic, punitive and knowing are most likely to be generous to geographically distant co-religionists. Since the origins of agriculture, the scale of human cooperation and societal complexity has dramatically expanded1,2. This fact challenges standard evolutionary explanations of prosociality because well-studied mechanisms of cooperation based on genetic relatedness, reciprocity and partner choice falter as people increasingly engage in fleeting transactions with genetically unrelated strangers in large anonymous groups. To explain this rapid expansion of prosociality, researchers have proposed several mechanisms3,4. Here we focus on one key hypothesis: cognitive representations of gods as increasingly knowledgeable and punitive, and who sanction violators of interpersonal social norms, foster and sustain the expansion of cooperation, trust and fairness towards co-religionist strangers5,6,7,8. We tested this hypothesis using extensive ethnographic interviews and two behavioural games designed to measure impartial rule-following among people (n = 591, observations = 35,400) from eight diverse communities from around the world: (1) inland Tanna, Vanuatu; (2) coastal Tanna, Vanuatu; (3) Yasawa, Fiji; (4) Lovu, Fiji; (5) Pesqueiro, Brazil; (6) Pointe aux Piments, Mauritius; (7) the Tyva Republic (Siberia), Russia; and (8) Hadzaland, Tanzania. Participants reported adherence to a wide array of world religious traditions including Christianity, Hinduism and Buddhism, as well as notably diverse local traditions, including animism and ancestor worship. Holding a range of relevant variables constant, the higher participants rated their moralistic gods as punitive and knowledgeable about human thoughts and actions, the more coins they allocated to geographically distant co-religionist strangers relative to both themselves and local co-religionists. Our results support the hypothesis that beliefs in moralistic, punitive and knowing gods increase impartial behaviour towards distant co-religionists, and therefore can contribute to the expansion of prosociality.

Supernatural belief presents an explanatory challenge to evolutionary theorists-it is both costly and prevalent. One influential functional explanation claims that the imagined threat of supernatural punishment can suppress selfishness and enhance cooperation. Specifically, morally concerned supreme deities or 'moralizing high gods' have been argued to reduce free-riding in large social groups, enabling believers to build the kind of complex societies that define modern humanity. Previous cross-cultural studies claiming to support the MHG hypothesis rely on correlational analyses only and do not correct for the statistical non-independence of sampled cultures. Here we use a Bayesian phylogenetic approach with a sample of 96 Austronesian cultures to test the MHG hypothesis as well as an alternative supernatural punishment hypothesis that allows punishment by a broad range of moralizing agents. We find evidence that broad supernatural punishment drives political complexity, whereas MHGs follow political complexity. We suggest that the concept of MHGs diffused as part of a suite of traits arising from cultural exchange between complex societies. Our results show the power of phylogenetic methods to address long-standing debates about the origins and functions of religion in human society.

We present the first proposal of detailed internal subgrouping and higher-order structure of the Pama-Nyungan family of Australian languages. Previous work has identified more than twenty-five primary subgroups in the family, with little indication of how these groups might fit together. Some work has assumed that reconstruction of higher nodes in the tree was impossible, either because extensive internal borrowing has obscured more remote relations, or because the languages are not sufficiently well attested (see, for example, Bowern & Koch 2004b, Dixon 1997). With regard to the first objection, work by Alpher and Nash (1999) and Bowern and colleagues (2011) shows that loan levels are not high enough to obscure vertical transmission for all but a few languages. New data remove the second objection. Here we use Bayesian phylogenetic inference to show that the Pama-Nyungan tree has a discernible internal subgrouping. We identify four major divisions within the family and discuss the implications of this grouping for future work on the family.

Although common in birds, social monogamy, or pair-living, is rare among mammals because internal gestation and lactation in mammals makes it advantageous for males to seek additional mating opportunities. A number of hypotheses have been proposed to explain the evolution of social monogamy among mammals: as a male mate-guarding strategy, because of the benefits of biparental care, or as a defense against infanticidal males. However, comparative analyses have been unable to resolve the root causes of monogamy. Primates are unusual among mammals because monogamy has evolved independently in all of the major clades. Here we combine trait data across 230 primate species with a Bayesian likelihood framework to test for correlated evolution between monogamy and a range of traits to evaluate the competing hypotheses. We find evidence of correlated evolution between social monogamy and both female ranging patterns and biparental care, but the most compelling explanation for the appearance of monogamy is male infanticide. It is only the presence of infanticide that reliably increases the probability of a shift to social monogamy, whereas monogamy allows the secondary adoption of paternal care and is associated with a shift to discrete ranges. The origin of social monogamy in primates is best explained by long lactation periods caused by altriciality, making primate infants particularly vulnerable to infanticidal males. We show that biparental care shortens relative lactation length, thereby reducing infanticide risk and increasing reproductive rates. These phylogenetic analyses support a key role for infanticide in the social evolution of primates, and potentially, humans.

Abstract The forms of many species’ vocal signals are shaped by their functions 1–15 . In humans, a salient context of vocal signaling is infant care, as human infants are altricial 16, 17 . Humans often alter their vocalizations to produce “parentese”, speech and song produced for infants that differ acoustically from ordinary speech and song 18–35 in fashions that have been proposed to support parent-infant communication and infant language learning 36–39 ; modulate infant affect 33, 40–45 ; and/or coordinate communicative interactions with infants 46–48 . These theories predict a form-function link in infant-directed vocalizations, with consistent acoustic differences between infant-directed and adult-directed vocalizations across cultures. Some evidence supports this prediction 23, 27, 28, 32, 49–52 , but the limited generalizability of individual ethnographic reports and laboratory experiments 53 and small stimulus sets 54 , along with intriguing reports of counterexamples 55–62 , leave the question open. Here, we show that people alter the acoustic forms of their vocalizations in a consistent fashion across cultures when speaking or singing to infants. We collected 1,615 recordings of infant- and adult-directed singing and speech produced by 410 people living in 21 urban, rural, and small-scale societies, and analyzed their acoustic forms. We found cross-culturally robust regularities in the acoustics of infant-directed vocalizations, such that infant-directed speech and song were reliably classified from acoustic features found across the 21 societies studied. The acoustic profiles of infant-directedness differed across language and music, but in a consistent fashion worldwide. In a secondary analysis, we studied whether listeners are sensitive to these acoustic features, playing the recordings to 51,065 people recruited online, from many countries, who guessed whether each vocalization was infant-directed. Their intuitions were largely accurate, predictable in part by acoustic features of the recordings, and robust to the effects of linguistic relatedness between vocalizer and listener. By uniting rich cross-cultural data with computational methods, we show links between the production of vocalizations and cross-species principles of bioacoustics, informing hypotheses of the psychological functions and evolution of human communication.