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.

The population history of Aboriginal Australians remains largely uncharacterized. Here we generate high-coverage genomes for 83 Aboriginal Australians (speakers of Pama–Nyungan languages) and 25 Papuans from the New Guinea Highlands. We find that Papuan and Aboriginal Australian ancestors diversified 25–40 thousand years ago (kya), suggesting pre-Holocene population structure in the ancient continent of Sahul (Australia, New Guinea and Tasmania). However, all of the studied Aboriginal Australians descend from a single founding population that differentiated ~10–32 kya. We infer a population expansion in northeast Australia during the Holocene epoch (past 10,000 years) associated with limited gene flow from this region to the rest of Australia, consistent with the spread of the Pama–Nyungan languages. We estimate that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasians 51–72 kya, following a single out-of-Africa dispersal, and subsequently admixed with archaic populations. Finally, we report evidence of selection in Aboriginal Australians potentially associated with living in the desert. Whole-genome sequence data for 108 individuals representing 28 language groups across Australia and five language groups for Papua New Guinea suggests that Aboriginal Australians and Papuans diverged from Eurasian populations approximately 60–100 thousand years ago, following a single out-of-Africa dispersal and subsequent admixture with archaic populations. 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.

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

It is commonly thought that human genetic diversity in non-African populations was shaped primarily by an out-of-Africa dispersal 50–100 thousand yr ago (kya). Here, we present a study of 456 geographically diverse high-coverage Y chromosome sequences, including 299 newly reported samples. Applying ancient DNA calibration, we date the Y-chromosomal most recent common ancestor (MRCA) in Africa at 254 (95% CI 192–307) kya and detect a cluster of major non-African founder haplogroups in a narrow time interval at 47–52 kya, consistent with a rapid initial colonization model of Eurasia and Oceania after the out-of-Africa bottleneck. In contrast to demographic reconstructions based on mtDNA, we infer a second strong bottleneck in Y-chromosome lineages dating to the last 10 ky. We hypothesize that this bottleneck is caused by cultural changes affecting variance of reproductive success among males.

Whole-genome sequencing of individuals from 125 populations provides insight into patterns of genetic diversity, natural selection and human demographic history during the peopling of Eurasia and finds evidence for genetic vestiges of an early expansion of modern humans out of Africa in Papuans. 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. High-coverage whole-genome sequence studies have so far focused on a limited number1 of geographically restricted populations2,3,4,5, or been targeted at specific diseases, such as cancer6. Nevertheless, the availability of high-resolution genomic data has led to the development of new methodologies for inferring population history7,8,9 and refuelled the debate on the mutation rate in humans10. Here we present the Estonian Biocentre Human Genome Diversity Panel (EGDP), a dataset of 483 high-coverage human genomes from 148 populations worldwide, including 379 new genomes from 125 populations, which we group into diversity and selection sets. We analyse this dataset to refine estimates of continent-wide patterns of heterozygosity, long- and short-distance gene flow, archaic admixture, and changes in effective population size through time as well as for signals of positive or balancing selection. We find a genetic signature in present-day Papuans that suggests that at least 2% of their genome originates from an early and largely extinct expansion of anatomically modern humans (AMHs) out of Africa. Together with evidence from the western Asian fossil record11, and admixture between AMHs and Neanderthals predating the main Eurasian expansion12, our results contribute to the mounting evidence for the presence of AMHs out of Africa earlier than 75,000 years ago.

The appearance of people associated with the Lapita culture in the South Pacific around 3,000 years ago marked the beginning of the last major human dispersal to unpopulated lands. However, the relationship of these pioneers to the long-established Papuan people of the New Guinea region is unclear. Here we present genome-wide ancient DNA data from three individuals from Vanuatu (about 3,100-2,700 years before present) and one from Tonga (about 2,700-2,300 years before present), and analyse them with data from 778 present-day East Asians and Oceanians. Today, indigenous people of the South Pacific harbour a mixture of ancestry from Papuans and a population of East Asian origin that no longer exists in unmixed form, but is a match to the ancient individuals. Most analyses have interpreted the minimum of twenty-five per cent Papuan ancestry in the region today as evidence that the first humans to reach Remote Oceania, including Polynesia, were derived from population mixtures near New Guinea, before their further expansion into Remote Oceania. However, our finding that the ancient individuals had little to no Papuan ancestry implies that later human population movements spread Papuan ancestry through the South Pacific after the first peopling of the islands.

Zooarcheological evidence suggests that pigs were domesticated in Southwest Asia ∼8,500 BC. They then spread across the Middle and Near East and westward into Europe alongside early agriculturalists. European pigs were either domesticated independently or more likely appeared so as a result of admixture between introduced pigs and European wild boar. As a result, European wild boar mtDNA lineages replaced Near Eastern/Anatolian mtDNA signatures in Europe and subsequently replaced indigenous domestic pig lineages in Anatolia. The specific details of these processes, however, remain unknown. To address questions related to early pig domestication, dispersal, and turnover in the Near East, we analyzed ancient mitochondrial DNA and dental geometric morphometric variation in 393 ancient pig specimens representing 48 archeological sites (from the Pre-Pottery Neolithic to the Medieval period) from Armenia, Cyprus, Georgia, Iran, Syria, and Turkey. Our results reveal the first genetic signatures of early domestic pigs in the Near Eastern Neolithic core zone. We also demonstrate that these early pigs differed genetically from those in western Anatolia that were introduced to Europe during the Neolithic expansion. In addition, we present a significantly more refined chronology for the introduction of European domestic pigs into Asia Minor that took place during the Bronze Age, at least 900 years earlier than previously detected. By the 5th century AD, European signatures completely replaced the endemic lineages possibly coinciding with the widespread demographic and societal changes that occurred during the Anatolian Bronze and Iron Ages.

Abstract Modern humans have substantially admixed with multiple archaic hominins. Papuans, in particular, owe up to 5% of their genome to Denisovans, a sister group to Neanderthals, whose remains have only been identified in Siberia and Tibet. Unfortunately, the biological and evolutionary significance of these introgression events remain poorly understood. Here we investigate the function of archaic alleles of both Denisovan and Neanderthal ancestry characterised within a previously published set of 56 genomes from individuals of Papuan genetic ancestry living in the island of New Guinea. By comparing the distribution of archaic and modern human variants, we are able to assess the consequences of archaic admixture across a multitude of different cell types and functional elements. We detect a consistent signal across Denisovan variants of strong involvement in immune-related processes throughout our analyses. Archaic alleles are often located within cis-regulatory elements and transcribed regions of the genome, suggesting that they are capable of contributing to a wide range of cellular regulatory processes. We identify 3,538 high-confidence Denisovan variants that fall within annotated cis-regulatory elements and have the potential to alter the affinity of multiple transcription factors to their cognate DNA motifs, highlighting a likely mechanism by which introgressed DNA can impact phenotypes in present-day humans. Lastly, we experimentally validate these predictions by testing the regulatory potential of five Denisovan variants segregating at high frequency within Papuan individuals, and find that two are associated with a significant reduction of transcriptional activities in plasmid reporter assays relative to modern human alleles. Together, these data provide support for the hypothesis that, despite their broadly deleterious nature, archaic alleles actively contribute to modern human phenotypic diversity to this day, and might have facilitated early adaptation to non-African environments.

Abstract Highlanders and lowlanders of Papua New Guinea (PNG) have faced distinct environmental conditions. These environmental differences lead to specific stress on PNG highlanders and lowlanders, such as hypoxia and environment-specific pathogen exposure, respectively. We hypothesise that these constraints induced specific selective pressures that shaped the genomes of both populations. In this study, we explored signatures of selection in newly sequenced whole genomes of 54 PNG highlanders and 74 PNG lowlanders. Based on multiple methods to detect selection, we investigated the 21 and 23 genomic top candidate regions for positive selection in PNG highlanders and PNG lowlanders, respectively. To identify the most likely candidate SNP driving selection in each of these regions, we computationally reconstructed allele frequency trajectories of variants in each of these regions and chose the SNP with the highest likelihood of being under selection with CLUES. We show that regions with signatures of positive selection in PNG highlanders genomes encompass genes associated with the hypoxia-inducible factors pathway, brain development, blood composition, and immunity, while selected genomic regions in PNG lowlanders contain genes related to immunity and blood composition. We found that several candidate driver SNPs are associated with haematological phenotypes in the UK biobank. Moreover, using phenotypes measured from the sequenced Papuans, we found that two candidate SNPs are significantly associated with altered heart rates in PNG highlanders and lowlanders. Furthermore, we found that 16 of the 44 selection candidate regions harboured archaic introgression. In four of these regions, the selection signal might be driven by the introgressed archaic haplotypes, suggesting a significant role of archaic admixture in local adaptation in PNG populations.