Abstract The field of ancient DNA is taxonomically dominated by studies focusing on mammals. This taxonomic bias limits our understanding of endogenous DNA preservation for vertebrate taxa with different bone physiology, such as teleost fish. In contrast to most mammalian bone, teleost bone is typically brittle, porous, lightweight and is characterized by a lack of bone remodeling during growth. Using high-throughput shotgun sequencing, we here investigate the preservation of DNA in a range of different bone elements from over 200 archaeological Atlantic cod ( Gadus morhua ) specimens from 38 sites in northern Europe, dating up to 8000 years before present. We observe that the majority of archaeological sites (79%) yield endogenous DNA, with 40% of sites providing samples that contain high levels (> 20%). Library preparation success and levels of endogenous DNA depend mainly on excavation site and pre-extraction laboratory treatment. The use of pre-extraction treatments lowers the rate of library success, although — if successful — the fraction of endogenous DNA can be improved by several orders of magnitude. This trade-off between library preparation success and levels of endogenous DNA allows for alternative extraction strategies depending on the requirements of down-stream analyses and research questions. Finally, we find that — in contrast to mammalian bones — different fish bone elements yield similar levels of endogenous DNA. Our results highlight the overall suitability of archaeological fish bone as a source for ancient DNA and provide novel evidence for a possible role of bone remodeling in the preservation of endogenous DNA across different classes of vertebrates.

Abstract Range expansion is a common natural phenomenon, which may be intensified by human-induced drivers such as climate change and alterations of habitat. The genetic consequences of range expansion are potentially major, and it is important to study known cases of range expansion to understand how human activities affect contemporary evolution, and to learn more about the genetic adaptive potential of species. The reed warbler ( Acrocephalus scirpaceus ) is a long-distance migratory bird breeding in Eurasia and wintering south of Sahara. It is currently expanding its range northwards, likely as a consequence of climate change. Interestingly, however, reed warblers have also recently colonised new territory southwards, following habitat restoration at the southern range margin. In this study, we investigate the genetic consequences of these two-directional range expansions with RAD-seq, looking at 10 populations from north to south in Europe. We investigate population structure and genome diversity, and assess the role of selection in divergence between populations across the species range. We do not find evidence of strong genetic structure in the reed warbler populations, and the youngest edge populations do not exhibit any substantial loss in genetic diversity, suggesting ongoing gene flow. On a smaller scale, the edge populations are the most genetically distinct, and we identify environmental disparity, especially in precipitation variability, as the main barrier of gene flow, to a greater extent than geographic distance. We find no evidence that the loci involved in population divergence and adaptation in the core populations are the same that are involved in adaptation at the range edges. Using three genome scan methods to identify selection, we found 49 SNPs putatively under selection, of which 33 were located in introns of 28 unique genes. Most of these are correlated with differences in climatic variables of temperature and precipitation. Some genome scan outliers show signs of being part of nascent selective sweeps, especially one which is distinct for the northern range edge. Our results suggest that in the reed warbler, contemporary range expansion has had little effect on molecular diversity and has been rapidly followed by local adaptation to climatic conditions, which could further corroborate the rapid pace at which colonisation of novel environments has occurred both northwards and southwards.

ABSTRACT Hybridization is increasingly recognized as an important evolutionary force. Novel genetic methods now enable us to address how the genomes of parental species are combined to build hybrid genomes. However, we still do not know the relative importance of contingencies, genome architecture and local selection in shaping hybrid genomes. Here, we take advantage of the genetically divergent island populations of Italian sparrow on Crete, Corsica and Sicily to investigate the predictors of genomic variation within a hybrid taxon. We test if differentiation is affected by recombination rate, selection, or variation in ancestry proportion from each parent species. We find that the relationship between recombination rate and differentiation is less pronounced within hybrid lineages than between the parent species, as expected if purging of minor parent ancestry in low recombination regions reduces the variation available for differentiation. In addition, we find that differentiation between islands is correlated with differences in selection in two out of three comparisons. Patterns of within-island selection are correlated across all islands, suggesting that shared selection may mould genomic differentiation. The best predictor of strong differentiation within islands is the degree of differentiation from house sparrow, and hence loci with Spanish sparrow ancestry may vary more freely. Jointly, this suggests that constraints and selection interact in shaping the genomic landscape of differentiation in this hybrid species.

Abstract The Pelophylax genus comprises two main hybridogenetic systems resulting from hybridization between Pelophylax ridibundus and other species: the P. lessonae-esculentus (LE) system and the P. perezi-grafi (PG) system, whose distribution ranges lie partly (LE) or entirely (PG) outside the natural distribution of P. ridibundus . The introductions and subsequent expansions of P. ridibundus in many areas naturally inhabited by these hybridogenetic systems have led to their decrease or local extinction. One of the major impediments to efficient population surveys and conservation measures for these systems is the difficulties of reliable species identification due to their similar morphology and poorly documented vocalizations, especially for the PG system. Our aim in this work was to design a reliable method of acoustic identification to distinguish the taxa composing the hybridogenetic systems from P. ridibundus and to assess the possibility of separating the PG and LE systems by their vocalizations. Our acoustic identification methods proved highly accurate to separate the PG and LE systems from P. ridibundus but only a fraction of the PG and LE calls can be identified.

Hybridization increases genetic variation, hence hybrid species may have a strong evolutionary potential once their admixed genomes have stabilized and incompatibilities have been purged. Yet, little is known about how such hybrid lineages evolve at the genomic level following their formation, in particular the characteristics of their adaptive potential, i.e. constraints and facilitations of diversification. Here we investigate how the Italian sparrow ( Passer italiae ), a homoploid hybrid species, has evolved and locally adapted to its variable environment. Using restriction site-associated DNA sequencing (RAD-seq) on several populations across the Italian peninsula, we evaluate how genomic constraints and novel genetic variation have influenced population divergence and adaptation. We show that population divergence within this hybrid species has evolved in response to climatic variation. As in non-hybrid species, climatic differences may even reduce gene flow between populations, suggesting ongoing local adaptation. We report outlier genes associated with adaptation to climatic variation, known to be involved in beak morphology in other species. Most of the strongly divergent loci among Italian sparrow populations seem not to be differentiated between its parent species, the house and Spanish sparrow. Within the parental species, population divergence has occurred mostly in loci where different alleles segregate in the parent species, unlike in the hybrid, suggesting that novel combinations of parental alleles in the hybrid have not necessarily enhanced its evolutionary potential. Rather, our study suggests that constraints linked to incompatibilities may have restricted the evolution of this admixed genome, both during and after hybrid species formation.

Abstract Marine resources have been important for the survival and economic development of coastal human communities across northern Europe for centuries. Knowledge of the origin of such historic resources can provide key insights into fishing practices and the spatial extent of trade networks. Here, we combine ancient DNA and stable isotopes (δ 13 C, δ 15 N, non-exchangeable δ 2 H and δ 34 S) to investigate the geographical origin of archaeological cod remains in Oslo from the eleventh to seventeenth centuries CE. Our findings provide genetic evidence that Atlantic cod was obtained from different sources, including a variety of distant-water populations like northern Norway and possibly Iceland. Evidence for such long-distance cod trade is already observed from the eleventh century, contrasting with archaeological and historical evidence from Britain and other areas of Continental Europe around the North and Baltic Seas, where such trade developed in a later period. Diverse biological origins are further supported by significant differences of a range of isotopes, indicating that multiple populations living in different environments were exploited. This research highlights the utility of combining ancient DNA methods and stable isotope analysis to describe the development of marine fisheries during the medieval and post-medieval period.

Abstract Understanding the historical emergence and growth of long-range fisheries can provide fundamental insights into the timing of ecological impacts and the development of coastal communities during the last millennium. Whole genome sequencing approaches can improve such understanding by determining the origin of archaeological fish specimens that may have been obtained from historic trade or distant water. Here, we used genome-wide data to individually infer the biological source of 37 ancient Atlantic cod specimens ( ca . 1050 to 1950 CE) from England and Spain. Our findings provide novel genetic evidence that eleventh- to twelfth-century specimens from London were predominantly obtained from nearby populations, while thirteenth- to fourteenth-century specimens derived from distant sources. Our results further suggest that Icelandic cod was exported to London earlier than previously reported. Our observations confirm the chronology and geography of the trans-Atlantic cod trade from Newfoundland to Spain starting by the early sixteenth century. Our findings demonstrate the utility of whole genome sequencing and ancient DNA approaches to describe the globalisation of marine fisheries and increase our understanding regarding the extent of the North-Atlantic fish trade and long-range fisheries in medieval and early modern times.

Marine resources have been important for the survival and economic development of coastal human communities across northern Europe for millennia. Knowledge of the origin of such historic resources can provide key insights into fishing practices and the spatial extent of trade networks. Here, we combine ancient DNA and stable isotopes (δ 13 C, δ 15 N, non-exchangeable δ 2 H and δ 34 S) to investigate the geographical origin of archaeological cod remains in Oslo from the eleventh to seventeenth centuries CE. Our findings provide genetic evidence that Atlantic cod was obtained from different geographical populations, including a variety of distant-water populations like northern Norway and possibly Iceland. Evidence for such long-distance cod trade is already observed from the eleventh century, contrasting with archaeological and historical evidence from Britain and other areas of Continental Europe around the North and Baltic Seas, where such trade increased during the thirteenth to fourteenth centuries. The genomic assignments of specimens to different populations coincide with significantly different δ 13 C values between those same specimens, indicating that multiple Atlantic cod populations living in different environments were exploited. This research provides novel information about the exploitation timeline of specific Atlantic cod stocks and highlights the utility of combining ancient DNA (aDNA) methods and stable isotope analysis to describe the development of medieval and post-medieval marine fisheries.