For thousands of years the Eurasian steppes have been a centre of human migrations and cultural change. Here we sequence the genomes of 137 ancient humans (about 1× average coverage), covering a period of 4,000 years, to understand the population history of the Eurasian steppes after the Bronze Age migrations. We find that the genetics of the Scythian groups that dominated the Eurasian steppes throughout the Iron Age were highly structured, with diverse origins comprising Late Bronze Age herders, European farmers and southern Siberian hunter-gatherers. Later, Scythians admixed with the eastern steppe nomads who formed the Xiongnu confederations, and moved westward in about the second or third century bc, forming the Hun traditions in the fourth–fifth century ad, and carrying with them plague that was basal to the Justinian plague. These nomads were further admixed with East Asian groups during several short-term khanates in the Medieval period. These historical events transformed the Eurasian steppes from being inhabited by Indo-European speakers of largely West Eurasian ancestry to the mostly Turkic-speaking groups of the present day, who are primarily of East Asian ancestry. Sequences of 137 ancient and 502 modern human genomes illuminate the population history of the Eurasian steppes after the Bronze Age and document the replacement of Indo-European speakers of West Eurasian ancestry by Turkic-speaking groups of East Asian ancestry.

Abstract Ancient DNA research in the past decade has revealed that European population structure changed dramatically in the prehistoric period (14,000-3,000 years before present, YBP), reflecting the widespread introduction of Neolithic farmer and Bronze Age Steppe ancestries. However, little is known about how population structure changed from the historical period onward (3,000 YBP - present). To address this, we collected whole genomes from 204 individuals from Europe and the Mediterranean, many of which are the first historical period genomes from their region (e.g. Armenia and France). We found that most regions show remarkable inter-individual heterogeneity. At least 7% of historical individuals carry ancestry uncommon in the region where they were sampled, some indicating cross-Mediterranean contacts. Despite this high level of mobility, overall population structure across western Eurasia is relatively stable through the historical period up to the present, mirroring geography. We show that, under standard population genetics models with local panmixia, the observed level of dispersal would lead to a collapse of population structure. Persistent population structure thus suggests a lower effective migration rate than indicated by the observed dispersal. We hypothesize that this phenomenon can be explained by extensive transient dispersal arising from drastically improved transportation networks and the Roman Empire’s mobilization of people for trade, labor, and military. This work highlights the utility of ancient DNA in elucidating finer scale human population dynamics in recent history.