The human occupation history of Southeast Asia (SEA) remains heavily debated. Current evidence suggests that SEA was occupied by Hòabìnhian hunter-gatherers until ~4000 years ago, when farming economies developed and expanded, restricting foraging groups to remote habitats. Some argue that agricultural development was indigenous; others favor the "two-layer" hypothesis that posits a southward expansion of farmers giving rise to present-day Southeast Asian genetic diversity. By sequencing 26 ancient human genomes (25 from SEA, 1 Japanese Jōmon), we show that neither interpretation fits the complexity of Southeast Asian history: Both Hòabìnhian hunter-gatherers and East Asian farmers contributed to current Southeast Asian diversity, with further migrations affecting island SEA and Vietnam. Our results help resolve one of the long-standing controversies in Southeast Asian prehistory.

The origins of agriculture in East Asia can be distinguished between rice agriculture in southern China and millet agriculture (foxtail and broomcorn millet) in the north. In the Longshan period (c. 4300–3800 cal BP), with the northward expansion of rice farming, a mixed rice–millet agricultural area was established in the Central Plains of China, which was also in the core area of the establishment of the early state. The interaction between these two agricultural traditions is significant as a backdrop for the emergence of the Erlitou civilization, although the specifics of this cultural contact remain unclear. In this study, we conducted a multiple-isotope analysis to investigate the relationship between dietary diversity and human mobility at the Haojiatai site in Henan Province, where previous studies suggest that C4 millet farmers and C3 hunter-gatherer-fishers coexisted in this place. In addition to assessing carbon and nitrogen isotope ratios of bone collagen, the results of nitrogen isotope ratios of individual amino acids suggested that the C3-diet group primarily relied on terrestrial resources such as rice and wild herbivores but also showed a slight influence of C4 food signature. Meanwhile, the C4-diet group was also influenced by C3 foods (wild herbivores and plants) and aquatic animals. Oxygen and strontium isotope ratios indicated that although there is no evidence of long-distance migrations, it does suggest an interaction with the core area of the Central Plains. C3-diet individuals likely originated from non-local regions. A considerable number of C4 millet farmers also appeared to have migrated from the surrounding area as well. The high mobility observed among populations of the Longshan culture implies a connection between the emergence of civilization and increased human mobility.

Several cases that do not fit the agricultural adaptation model, in which people's health deteriorated with the shift from hunting-gathering to farming, have been reported, such as the introduction of rice agriculture during the Yayoi Period in Japan and the Iron Age in Southeast Asia, where health was maintained or improved. However, the health of rice farmers in the homeland areas has rarely been reported. This study aims to clarify the frequency and degree of stress markers inscribed on Neolithic human bones in the Yangtze River Delta, one of the origins of rice agriculture, and to elucidate the state of adaptation when humans first engaged in rice agriculture. The materials of this study are the Early Neolithic site of Majiabang, and the Late Neolithic sites of Guangfulin and Jiangzhuang. Several millet farming groups in northern China were used as comparative materials. The results show that the Neolithic rice farming groups in the Yangtze River Delta generally had a higher frequency of stress markers than the millet farming groups in northern China. In particular, the Late Neolithic Guangfulin assemblage had higher frequencies, while the Early Neolithic Majiabang assemblage tended to have relatively low frequencies of porotic hyperostosis and cribra orbitalia. These results suggest that people's health deteriorated in the Late Neolithic period, when the scale of paddy rice cultivation expanded, as a result of the new subsistence activities and rice-oriented diet.

Abstract Detailed investigation of extremely severe pathological conditions in ancient human skeletons is important as it could shed light on the breadth of potential interactions between humans and disease etiologies in the past. Here, we applied palaeoproteomics to investigate an ancient human skeletal individual with severe oral pathology, focusing our research on bacterial pathogenic factors and host defense response. This female skeleton, from the Okhotsk period (i.e., 5th–13th century) of Northern Japan, poses relevant amounts of abnormal dental calculus deposition and exhibits oral dysfunction due to severe periodontal disease. A shotgun mass-spectrometry analysis identified 81 human proteins and 15 bacterial proteins from the calculus of the subject. We identified two pathogenic or bioinvasive proteins originating from two of the three “red complex” bacteria, the core species associated with severe periodontal disease in modern humans, as well as two additional bioinvasive proteins of periodontal-associated bacteria. Moreover, we discovered defense response system-associated human proteins, although their proportion was mostly similar to those reported in ancient and modern human individuals with lower calculus deposition. These results suggest that the bacterial etiology was similar and the host defense response was not necessarily more intense in ancient individuals with significant amounts of abnormal dental calculus deposition.

Abstract The Jomon culture that spread across Japanese archipelago began about 16,000 years ago and lasted for over 10,000 years. The genetic diversity of the Jomon people, prehistoric hunter-gatherers bearing the Jomon culture, is of great interest in understanding prehistoric East Eurasians. Until now, their demographic history has been estimated using archaeological sites and present-day genomes, but detailed studies using Jomon genomes have been insufficient. To investigate the Jomon demography, we determined the complete mitochondrial genome (mitogenome) sequences from 13 Jomon individuals and conducted population genetic analysis on 40 Jomon genomes including previously published data. Our results revealed an effective population size increase during the Incipient – Initial phase of the Jomon period, which had not been observed in analysis of mitogenome sequences from present-day Japanese populations. This endemic demographic pattern is pronounced in the eastern part of the archipelago, under the assumption of no gene flow between the Eastern and Western Jomon.

Abstract Ancient genome analysis has become an indispensable tool in studies of human population history and evolution after the breakthrough of whole genome sequencing technology. Meanwhile, the problem has been not resolved that ancient genome cannot be analyzed without crushing non-small pieces of precious specimens; in spite of that, in many cases, there is no DNA remaining sufficiently in the piece of samples for obtaining the whole genome sequences. In previous studies, therefore, a couple of indicators (e.g., racemization ratios) have been proposed to estimate the endogenous DNA in ancient samples. However, these studies have used polymerase chain reaction (PCR) to test whether endogenous DNA is remaining, which has been inadequate because the success or failure of PCR amplification does not necessarily reflect DNA remaining. To assess the amount of endogenous DNA, we use the ratios of reads generated by the next-generation sequencer (NGS) mapped to the human reference genome sequence. We investigate 40 Jomon remains and find a significant association between the collagen residual ratios (CRRs) in rib bones and the mapping ratios (MRs). Because the weight of bone required to measure collagen residual is much less than that required to obtain DNA needed for NGS analysis, which is always necessary for dating, the collagen in ribs can be a good indicator for successful ancient genome analyses.

Previous genomic studies understanding the dispersal of Homo sapiens have suggested that present-day East Eurasians and Native Americans can trace their ancestry to migrations from Southeast Asia. However, ineluctable adaptations during the Last Glacial Maximum (LGM) remain unclear. By analyzing 42 genomes of up to 30-fold coverage from prehistoric hunter-gatherers, Jomon, we reveal their descent from Upper Paleolithic (UP) foragers who migrated to and isolated in the Japanese archipelago during Late Pleistocene. We provide compelling evidence suggesting that these UP people underwent positive selection for cold environments, aiding their survival through the LGM facilitated by non-shivering thermogenesis and detecting it polygenically across multiple loci in the Jomon lineage. Our study pioneers the close estimation of the physiological adaptation of ancient humans by the paleogenomic approach.

Anatomical modern humans reached East Asia by >40,000 years ago (kya). However, key questions still remain elusive with regard to the route(s) and the number of wave(s) in the dispersal into East Eurasia. Ancient genomes at the edge of East Eurasia may shed light on the detail picture of peopling to East Eurasia. Here, we analyze the whole-genome sequence of a 2.5 kya individual (IK002) characterized with a typical Jomon culture that started in the Japanese archipelago >16 kya. The phylogenetic analyses support multiple waves of migration, with IK002 forming a lineage basal to the rest of the ancient/present-day East Eurasians examined, likely to represent some of the earliest-wave migrants who went north toward East Asia from Southeast Asia. Furthermore, IK002 has the extra genetic affinity with the indigenous Taiwan aborigines, which may support a coastal route of the Jomon-ancestry migration from Southeast Asia to the Japanese archipelago. This study highlight the power of ancient genomics with the isolated population to provide new insights into complex history in East Eurasia.

Abstract Increasing evidence indicates that insecticides induce various diseases via DNA methylation. DNA methylation plays an important role during cell differentiation and exhibits its greatest vulnerability to environmental factors during embryogenesis. Therefore, it is important to evaluate the effects on DNA methylation at the early stage of cell differentiation to understand developmental toxicity. However, DNA methylation induced by insecticides and the associated effects on cell differentiation are unclear. In this research, we introduced a high-content approach utilizing mouse embryonic stem cells harboring enhanced green fluorescent protein fused with methyl CpG-binding protein to evaluate global DNA methylation induced by various insecticides. DNA methylation was assessed in 22 genes after pesticide exposure to investigate the relationships with biological processes such as cell cycle, cell apoptosis, and cell differentiation. Exposure to acetamiprid, imidacloprid, carbaryl, and o,p ′-DDT increased the granular intensity, indicating their global DNA-methylating effects. Exposure to imidacloprid decreased DNA methylation in genes such as Cdkn2a, Dapk1, Cdh1, Mlh1, Timp3, and Rarb, indicating the potential influence of the DNA methylation pattern on cell differentiation. We developed a promising approach for evaluating global DNA methylation, and our findings suggested that imidacloprid might exhibit developmental effects through DNA methylation pattern.