Modern humans arrived in Europe ~45,000 years ago, but little is known about their genetic composition before the start of farming ~8,500 years ago. Here we analyse genome-wide data from 51 Eurasians from ~45,000-7,000 years ago. Over this time, the proportion of Neanderthal DNA decreased from 3-6% to around 2%, consistent with natural selection against Neanderthal variants in modern humans. Whereas there is no evidence of the earliest modern humans in Europe contributing to the genetic composition of present-day Europeans, all individuals between ~37,000 and ~14,000 years ago descended from a single founder population which forms part of the ancestry of present-day Europeans. An ~35,000-year-old individual from northwest Europe represents an early branch of this founder population which was then displaced across a broad region, before reappearing in southwest Europe at the height of the last Ice Age ~19,000 years ago. During the major warming period after ~14,000 years ago, a genetic component related to present-day Near Easterners became widespread in Europe. These results document how population turnover and migration have been recurring themes of European prehistory.

Farming was first introduced to Europe in the mid-seventh millennium bc, and was associated with migrants from Anatolia who settled in the southeast before spreading throughout Europe. Here, to understand the dynamics of this process, we analysed genome-wide ancient DNA data from 225 individuals who lived in southeastern Europe and surrounding regions between 12000 and 500 bc. We document a west–east cline of ancestry in indigenous hunter-gatherers and, in eastern Europe, the early stages in the formation of Bronze Age steppe ancestry. We show that the first farmers of northern and western Europe dispersed through southeastern Europe with limited hunter-gatherer admixture, but that some early groups in the southeast mixed extensively with hunter-gatherers without the sex-biased admixture that prevailed later in the north and west. We also show that southeastern Europe continued to be a nexus between east and west after the arrival of farmers, with intermittent genetic contact with steppe populations occurring up to 2,000 years earlier than the migrations from the steppe that ultimately replaced much of the population of northern Europe. Genome-wide ancient DNA data from 225 individuals who lived in southeastern Europe between 12000 and 500 bc reveals that the region acted as a genetic crossroads before and after the arrival of farming. The early spread of farmers across Europe has previously been thought to be part of a single migration event. David Reich and colleagues analyse genome-wide data from 225 individuals who lived in southeastern Europe and the surrounding regions between 12000 and 500 BC. They analyse this in combination with previous genomic datasets to characterize genetic structure and update existing models of the spread of farming into and across Europe. They find that southeastern Europe served as a contact zone between east and west, with interactions between diverged groups of hunter-gatherers starting before the arrival of farming. The authors also find evidence for male-biased admixture between hunter-gatherers and farmers in central Europe during the Middle Neolithic. Elsewhere in this issue, David Reich and colleagues report genomic insights into the Beaker culture—characterized by the use of a distinctive pottery style during the end of the Neolithic—based on genome-wide data from 400 Neolithic, Copper Age and Bronze Age Europeans, from 136 different archaeological sites, and including 226 Beaker-associated individuals.

New radiocarbon dates from the sites of Bockstein-Törle, Geissenklösterle, Hohle Fels, Hohlenstein-Stadel, Sirgenstein, and Vogelherd in the Swabian Jura of southwestern Germany indicate that the Aurignacian of the region spans the period from ca. 40-30ka BP. If the situation at Vogelherd, in which skeletal remains from modern humans underlie an entire Aurignacian sequence, is viewed as representative for the region, the dates from the Swabian Jura support the hypothesis that populations of modern humans entered the region by way of the "Danube Corridor." The lithic technology from the lower Aurignacian of Geissenklösterle III is fully developed, and classic Aurignacian forms are well represented. During the course of the Aurignacian, numerous assemblages rich in art works, jewelry, and musical instruments are documented. By no later than 29ka BP the Gravettian was well established in the region. These dates are consistent with the "Kulturpumpe" hypothesis that important cultural innovations of the Aurignacian and Gravettian in Swabia predate similar developments in other regions of Europe. The radiocarbon dates from Geissenklösterle corroborate observations from other non-archaeological data sets indicating large global fluctuations in the atmospheric concentrations of radiocarbon between 30 and 50ka calendar years ago. These fluctuations lead to complications in building reliable chronologies during this period and cause the "Middle Paleolithic Dating Anomaly" and the "Coexistence Effect," which tend to exaggerate the temporal overlap between Neanderthals and modern humans.

How modern humans dispersed into Eurasia and Australasia, including the number of separate expansions and their timings, is highly debated [1Scally A. Durbin R. Revising the human mutation rate: implications for understanding human evolution.Nat. Rev. Genet. 2012; 13: 745-753Crossref PubMed Scopus (343) Google Scholar, 2Groucutt H.S. Petraglia M.D. Bailey G. Scerri E.M. Parton A. Clark-Balzan L. Jennings R.P. Lewis L. Blinkhorn J. Drake N.A. et al.Rethinking the dispersal of Homo sapiens out of Africa.Evol. Anthropol. 2015; 24: 149-164Crossref PubMed Scopus (210) Google Scholar]. Two categories of models are proposed for the dispersal of non-Africans: (1) single dispersal, i.e., a single major diffusion of modern humans across Eurasia and Australasia [3Mellars P. Gori K.C. Carr M. Soares P.A. Richards M.B. Genetic and archaeological perspectives on the initial modern human colonization of southern Asia.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013; 110: 10699-10704Crossref PubMed Scopus (217) Google Scholar, 4Macaulay V. Hill C. Achilli A. Rengo C. Clarke D. Meehan W. Blackburn J. Semino O. Scozzari R. Cruciani F. et al.Single, rapid coastal settlement of Asia revealed by analysis of complete mitochondrial genomes.Science. 2005; 308: 1034-1036Crossref PubMed Scopus (566) Google Scholar, 5Oppenheimer S. A single southern exit of modern humans from Africa: before or after Toba?.Quat. Int. 2012; 258: 88-99Crossref Scopus (56) Google Scholar]; and (2) multiple dispersal, i.e., additional earlier population expansions that may have contributed to the genetic diversity of some present-day humans outside of Africa [6Lahr M.M. Foley R.A. Towards a theory of modern human origins: geography, demography, and diversity in recent human evolution.Am. J. Phys. Anthropol. 1998; : 137-176Crossref PubMed Google Scholar, 7Maca-Meyer N. González A.M. Larruga J.M. Flores C. Cabrera V.M. Major genomic mitochondrial lineages delineate early human expansions.BMC Genet. 2001; 2: 13Crossref PubMed Scopus (265) Google Scholar, 8Reyes-Centeno H. Ghirotto S. Détroit F. Grimaud-Hervé D. Barbujani G. Harvati K. Genomic and cranial phenotype data support multiple modern human dispersals from Africa and a southern route into Asia.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014; 111: 7248-7253Crossref PubMed Scopus (114) Google Scholar, 9Armitage S.J. Jasim S.A. Marks A.E. Parker A.G. Usik V.I. Uerpmann H.P. The southern route "out of Africa": evidence for an early expansion of modern humans into Arabia.Science. 2011; 331: 453-456Crossref PubMed Scopus (385) Google Scholar]. Many variants of these models focus largely on Asia and Australasia, neglecting human dispersal into Europe, thus explaining only a subset of the entire colonization process outside of Africa [3Mellars P. Gori K.C. Carr M. Soares P.A. Richards M.B. Genetic and archaeological perspectives on the initial modern human colonization of southern Asia.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013; 110: 10699-10704Crossref PubMed Scopus (217) Google Scholar, 4Macaulay V. Hill C. Achilli A. Rengo C. Clarke D. Meehan W. Blackburn J. Semino O. Scozzari R. Cruciani F. et al.Single, rapid coastal settlement of Asia revealed by analysis of complete mitochondrial genomes.Science. 2005; 308: 1034-1036Crossref PubMed Scopus (566) Google Scholar, 5Oppenheimer S. A single southern exit of modern humans from Africa: before or after Toba?.Quat. Int. 2012; 258: 88-99Crossref Scopus (56) Google Scholar, 8Reyes-Centeno H. Ghirotto S. Détroit F. Grimaud-Hervé D. Barbujani G. Harvati K. Genomic and cranial phenotype data support multiple modern human dispersals from Africa and a southern route into Asia.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014; 111: 7248-7253Crossref PubMed Scopus (114) Google Scholar, 9Armitage S.J. Jasim S.A. Marks A.E. Parker A.G. Usik V.I. Uerpmann H.P. The southern route "out of Africa": evidence for an early expansion of modern humans into Arabia.Science. 2011; 331: 453-456Crossref PubMed Scopus (385) Google Scholar]. The genetic diversity of the first modern humans who spread into Europe during the Late Pleistocene and the impact of subsequent climatic events on their demography are largely unknown. Here we analyze 55 complete human mitochondrial genomes (mtDNAs) of hunter-gatherers spanning ∼35,000 years of European prehistory. We unexpectedly find mtDNA lineage M in individuals prior to the Last Glacial Maximum (LGM). This lineage is absent in contemporary Europeans, although it is found at high frequency in modern Asians, Australasians, and Native Americans. Dating the most recent common ancestor of each of the modern non-African mtDNA clades reveals their single, late, and rapid dispersal less than 55,000 years ago. Demographic modeling not only indicates an LGM genetic bottleneck, but also provides surprising evidence of a major population turnover in Europe around 14,500 years ago during the Late Glacial, a period of climatic instability at the end of the Pleistocene.

Micromorphological analysis of sediments from the Middle Stone Age site of Sibudu Cave, KwaZulu-Natal, South Africa, provides a high-resolution sequence and evidence of site formation processes of predominantly anthropogenic deposits. This methodology allows for a detailed interpretation of individual anthropogenic activities, including the construction of hearths and bedding and the maintenance of occupational surfaces through the sweep out of hearths and the repeated burning of bedding. This analysis also provides a context for evaluating other studies at the site relating to magnetic susceptibility, paleobotany, paleozoology, anthracology, and studies of ochre.

Ancient DNA is revealing new insights into the genetic relationship between Pleistocene hominins and modern humans. Nuclear DNA indicated Neanderthals as a sister group of Denisovans after diverging from modern humans. However, the closer affinity of the Neanderthal mitochondrial DNA (mtDNA) to modern humans than Denisovans has recently been suggested as the result of gene flow from an African source into Neanderthals before 100,000 years ago. Here we report the complete mtDNA of an archaic femur from the Hohlenstein-Stadel (HST) cave in southwestern Germany. HST carries the deepest divergent mtDNA lineage that splits from other Neanderthals ∼270,000 years ago, providing a lower boundary for the time of the putative mtDNA introgression event. We demonstrate that a complete Neanderthal mtDNA replacement is feasible over this time interval even with minimal hominin introgression. The highly divergent HST branch is indicative of greater mtDNA diversity during the Middle Pleistocene than in later periods.

The German site of Geißenklösterle is crucial to debates concerning the European Middle to Upper Palaeolithic transition and the origins of the Aurignacian in Europe. Previous dates from the site are central to an important hypothesis, the Kulturpumpe model, which posits that the Swabian Jura was an area where crucial behavioural developments took place and then spread to other parts of Europe. The previous chronology (critical to the model), is based mainly on radiocarbon dating, but remains poorly constrained due to the dating resolution and the variability of dates. The cause of these problems is disputed, but two principal explanations have been proposed: a) larger than expected variations in the production of atmospheric radiocarbon, and b) taphonomic influences in the site mixing the bones that were dated into different parts of the site. We reinvestigate the chronology using a new series of radiocarbon determinations obtained from the Mousterian, Aurignacian and Gravettian levels. The results strongly imply that the previous dates were affected by insufficient decontamination of the bone collagen prior to dating. Using an ultrafiltration protocol the chronometric picture becomes much clearer. Comparison of the results against other recently dated sites in other parts of Europe suggests the Early Aurignacian levels are earlier than other sites in the south of France and Italy, but not as early as recently dated sites which suggest a pre-Aurignacian dispersal of modern humans to Italy by ∼45000 cal BP. They are consistent with the importance of the Danube Corridor as a key route for the movement of people and ideas. The new dates fail to refute the Kulturpumpe model and suggest that Swabian Jura is a region that contributed significantly to the evolution of symbolic behaviour as indicated by early evidence for figurative art, music and mythical imagery.