Claims of extreme survival of DNA have emphasized the need for reliable models of DNA degradation through time. By analysing mitochondrial DNA (mtDNA) from 158 radiocarbon-dated bones of the extinct New Zealand moa, we confirm empirically a long-hypothesized exponential decay relationship. The average DNA half-life within this geographically constrained fossil assemblage was estimated to be 521 years for a 242 bp mtDNA sequence, corresponding to a per nucleotide fragmentation rate (k) of 5.50 × 10(-6) per year. With an effective burial temperature of 13.1°C, the rate is almost 400 times slower than predicted from published kinetic data of in vitro DNA depurination at pH 5. Although best described by an exponential model (R(2) = 0.39), considerable sample-to-sample variance in DNA preservation could not be accounted for by geologic age. This variation likely derives from differences in taphonomy and bone diagenesis, which have confounded previous, less spatially constrained attempts to study DNA decay kinetics. Lastly, by calculating DNA fragmentation rates on Illumina HiSeq data, we show that nuclear DNA has degraded at least twice as fast as mtDNA. These results provide a baseline for predicting long-term DNA survival in bone.

The first individual genome from the Clovis culture is presented; the origins and genetic legacy of the people who made Clovis tools have been under debate, and evidence here suggests that the individual is more closely related to all Native American populations than to any others, refuting the hypothesis that the Clovis people arrived via European (Solutrean) migration to the Americas. The Clovis complex is an archaeological culture distributed widely in North America. Dating to around 13,000 years ago it is characterized by distinct stone tools including a spear blade known as the Clovis point. Just who made these tools has been a subject of much speculation based on sparse information. There is now more to go on with the publication of the first genome sequence of an ancient North American individual. The genome is that of a male infant (Anzick-1) from the Clovis burial at the Anzick site in Montana. The partial skeleton, buried about 12,600 years ago, was found in association with scores of ochre-painted stone tools. Its genome is from a population from which contemporary Native Americans are descended and is more closely related to all indigenous American populations than to any others. These findings refute the hypothesis that the Clovis people migrated from Europe, are consistent with a human occupation of the Americas a few thousand years before Clovis, and suggest that contemporary Native Americans are descendants of the first people to settle successfully in the Americas. Clovis, with its distinctive biface, blade and osseous technologies, is the oldest widespread archaeological complex defined in North America, dating from 11,100 to 10,700 14C years before present (bp) (13,000 to 12,600 calendar years bp)1,2. Nearly 50 years of archaeological research point to the Clovis complex as having developed south of the North American ice sheets from an ancestral technology3. However, both the origins and the genetic legacy of the people who manufactured Clovis tools remain under debate. It is generally believed that these people ultimately derived from Asia and were directly related to contemporary Native Americans2. An alternative, Solutrean, hypothesis posits that the Clovis predecessors emigrated from southwestern Europe during the Last Glacial Maximum4. Here we report the genome sequence of a male infant (Anzick-1) recovered from the Anzick burial site in western Montana. The human bones date to 10,705 ± 35 14C years bp (approximately 12,707–12,556 calendar years bp) and were directly associated with Clovis tools. We sequenced the genome to an average depth of 14.4× and show that the gene flow from the Siberian Upper Palaeolithic Mal’ta population5 into Native American ancestors is also shared by the Anzick-1 individual and thus happened before 12,600 years bp. We also show that the Anzick-1 individual is more closely related to all indigenous American populations than to any other group. Our data are compatible with the hypothesis that Anzick-1 belonged to a population directly ancestral to many contemporary Native Americans. Finally, we find evidence of a deep divergence in Native American populations that predates the Anzick-1 individual.

Calcified dental plaque (dental calculus) preserves for millennia and entraps biomolecules from all domains of life and viruses. We report the first, to our knowledge, high-resolution taxonomic and protein functional characterization of the ancient oral microbiome and demonstrate that the oral cavity has long served as a reservoir for bacteria implicated in both local and systemic disease. We characterize (i) the ancient oral microbiome in a diseased state, (ii) 40 opportunistic pathogens, (iii) ancient human-associated putative antibiotic resistance genes, (iv) a genome reconstruction of the periodontal pathogen Tannerella forsythia, (v) 239 bacterial and 43 human proteins, allowing confirmation of a long-term association between host immune factors, 'red complex' pathogens and periodontal disease, and (vi) DNA sequences matching dietary sources. Directly datable and nearly ubiquitous, dental calculus permits the simultaneous investigation of pathogen activity, host immunity and diet, thereby extending direct investigation of common diseases into the human evolutionary past.

Species identification of fragmentary bone, such as in rendered meat and bone meal or from archaeological sites, is often difficult in the absence of clear morphological markers. Here we present a robust method of analysing genus-specific collagen peptides by mass spectrometry simply by using solid-phase extraction (a C18 ZipTip) for peptide purification, rather than liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS). Analysis of the collagen from 32 different mammal species identified a total of 92 peptide markers that could be used for species identification, for example, in processed food and animal feed. A set of ancient (>100 ka@10 degrees C) bone samples was also analysed to show that the proposed method has applications to archaeological bone identification.

It is difficult to obtain fossil data from the 10% of Earth's terrestrial surface that is covered by thick glaciers and ice sheets, and hence, knowledge of the paleoenvironments of these regions has remained limited. We show that DNA and amino acids from buried organisms can be recovered from the basal sections of deep ice cores, enabling reconstructions of past flora and fauna. We show that high-altitude southern Greenland, currently lying below more than 2 kilometers of ice, was inhabited by a diverse array of conifer trees and insects within the past million years. The results provide direct evidence in support of a forested southern Greenland and suggest that many deep ice cores may contain genetic records of paleoenvironments in their basal sections.

Background & AimsMucosal changes in inflammatory bowel disease are characterized by ulcerative lesions accompanied by a prominent infiltrate of immune cells as well as alteration in serotonin (5-hydroxytryptamine [5-HT])–producing enterochromaffin cells. We investigated the role of 5-HT in colonic inflammation in mice.MethodsColitis was induced with dextran sulfate sodium or dinitrobenzene sulfonic acid in tryptophan hydroxylase 1–deficient (TPH1−/−) mice, which have markedly reduced 5-HT in the gastrointestinal tract, and in mice given the 5-HT synthesis inhibitor parachlorophenylalanine.ResultsDelayed onset, decreased severity of clinical disease, and significantly lower macroscopic and histologic damage scores were observed in TPH1−/− mice, compared with wild-type mice, and in mice given parachlorophenylalanine after induction of colitis by dextran sulfate sodium. This was associated with down-regulation of macrophage infiltration and production of proinflammatory cytokines. 5-HT stimulated production of proinflammatory cytokines from macrophages collected from the peritoneal cavity of wild-type mice; this process was inhibited by a nuclear factor κB inhibitor, indicating a critical role for nuclear factor κB signaling in 5-HT–mediated activation of immune cells. Restoration of 5-HT levels in TPH1−/− mice by the 5-HT precursor 5-hydroxytryptophan increased the severity of DSS-induced colitis. We also observed significant reduction in severity of colitis in TPH1−/− mice after induction of dinitrobenzene sulfonic acid–induced colitis.Conclusions5-HT is involved in the pathogenesis of inflammation in experimental colitis. These findings provide insight into the mechanisms of gastrointestinal inflammation and could lead to new therapeutic strategies for inflammatory disorders. Mucosal changes in inflammatory bowel disease are characterized by ulcerative lesions accompanied by a prominent infiltrate of immune cells as well as alteration in serotonin (5-hydroxytryptamine [5-HT])–producing enterochromaffin cells. We investigated the role of 5-HT in colonic inflammation in mice. Colitis was induced with dextran sulfate sodium or dinitrobenzene sulfonic acid in tryptophan hydroxylase 1–deficient (TPH1−/−) mice, which have markedly reduced 5-HT in the gastrointestinal tract, and in mice given the 5-HT synthesis inhibitor parachlorophenylalanine. Delayed onset, decreased severity of clinical disease, and significantly lower macroscopic and histologic damage scores were observed in TPH1−/− mice, compared with wild-type mice, and in mice given parachlorophenylalanine after induction of colitis by dextran sulfate sodium. This was associated with down-regulation of macrophage infiltration and production of proinflammatory cytokines. 5-HT stimulated production of proinflammatory cytokines from macrophages collected from the peritoneal cavity of wild-type mice; this process was inhibited by a nuclear factor κB inhibitor, indicating a critical role for nuclear factor κB signaling in 5-HT–mediated activation of immune cells. Restoration of 5-HT levels in TPH1−/− mice by the 5-HT precursor 5-hydroxytryptophan increased the severity of DSS-induced colitis. We also observed significant reduction in severity of colitis in TPH1−/− mice after induction of dinitrobenzene sulfonic acid–induced colitis. 5-HT is involved in the pathogenesis of inflammation in experimental colitis. These findings provide insight into the mechanisms of gastrointestinal inflammation and could lead to new therapeutic strategies for inflammatory disorders.

No large group of recently extinct placental mammals remains as evolutionarily cryptic as the approximately 280 genera grouped as 'South American native ungulates'. To Charles Darwin, who first collected their remains, they included perhaps the 'strangest animal[s] ever discovered'. Today, much like 180 years ago, it is no clearer whether they had one origin or several, arose before or after the Cretaceous/Palaeogene transition 66.2 million years ago, or are more likely to belong with the elephants and sirenians of superorder Afrotheria than with the euungulates (cattle, horses, and allies) of superorder Laurasiatheria. Morphology-based analyses have proved unconvincing because convergences are pervasive among unrelated ungulate-like placentals. Approaches using ancient DNA have also been unsuccessful, probably because of rapid DNA degradation in semitropical and temperate deposits. Here we apply proteomic analysis to screen bone samples of the Late Quaternary South American native ungulate taxa Toxodon (Notoungulata) and Macrauchenia (Litopterna) for phylogenetically informative protein sequences. For each ungulate, we obtain approximately 90% direct sequence coverage of type I collagen α1- and α2-chains, representing approximately 900 of 1,140 amino-acid residues for each subunit. A phylogeny is estimated from an alignment of these fossil sequences with collagen (I) gene transcripts from available mammalian genomes or mass spectrometrically derived sequence data obtained for this study. The resulting consensus tree agrees well with recent higher-level mammalian phylogenies. Toxodon and Macrauchenia form a monophyletic group whose sister taxon is not Afrotheria or any of its constituent clades as recently claimed, but instead crown Perissodactyla (horses, tapirs, and rhinoceroses). These results are consistent with the origin of at least some South American native ungulates from 'condylarths', a paraphyletic assembly of archaic placentals. With ongoing improvements in instrumentation and analytical procedures, proteomics may produce a revolution in systematics such as that achieved by genomics, but with the possibility of reaching much further back in time.