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.

Abstract Farming was first introduced to southeastern Europe in the mid-7 th millennium BCE – brought by migrants from Anatolia who settled in the region before spreading throughout Europe. To clarify the dynamics of the interaction between the first farmers and indigenous hunter-gatherers where they first met, we analyze genome-wide ancient DNA data from 223 individuals who lived in southeastern Europe and surrounding regions between 12,000 and 500 BCE. We document previously uncharacterized genetic structure, showing a West-East cline of ancestry in hunter-gatherers, and show that some Aegean farmers had ancestry from a different lineage than the northwestern Anatolian lineage that formed the overwhelming ancestry of other European farmers. We show that the first farmers of northern and western Europe passed through southeastern Europe with limited admixture with local hunter-gatherers, but that some groups mixed extensively, with relatively sex-balanced admixture compared to the male-biased hunter-gatherer admixture that prevailed later in the North and West. Southeastern Europe continued to be a nexus between East and West after farming arrived, with intermittent genetic contact from the Steppe up to 2,000 years before the migration that replaced much of northern Europe’s population.

Abstract Human culture, biology, and health were shaped dramatically by the onset of agriculture ~12,000 years before present (BP). Subsistence shifts from hunting and gathering to agriculture are hypothesized to have resulted in increased individual fitness and population growth as evidenced by archaeological and population genomic data alongside a simultaneous decline in physiological health as inferred from paleopathological analyses and stature reconstructions of skeletal remains. A key component of the health decline inference is that relatively shorter statures observed for early farmers may (at least partly) reflect higher childhood disease burdens and poorer nutrition. However, while such stresses can indeed result in growth stunting, height is also highly heritable, and substantial inter-individual variation in the height genetic component within a population is typical. Moreover, extensive migration and gene flow were characteristics of multiple agricultural transitions worldwide. Here, we consider both osteological and ancient DNA data from the same prehistoric individuals to comprehensively study the trajectory of human stature variation as a proxy for health across a transition to agriculture. Specifically, we compared ‘predicted’ genetic contributions to height from paleogenomic data and ‘achieved’ adult osteological height estimated from long bone measurements on a per-individual basis for n=160 ancient Europeans from sites spanning the Upper Paleolithic to the Iron Age (~38,000-2,400 BP). We found that individuals from the Neolithic were shorter than expected (given their individual polygenic height scores) by an average of −4.47 cm relative to individuals from the Upper Paleolithic and Mesolithic (P=0.016). The average osteological vs. expected stature then increased relative to the Neolithic over the Copper (+2.67 cm, P=0.052), Bronze (+3.33 cm, P=0.032), and Iron Ages (+3.95 cm, P=0.094). These results were partly attenuated when we accounted for genome-wide genetic ancestry variation in our sample (which we note is partly duplicative with the individual polygenic score information). For example, in this secondary analysis Neolithic individuals were −3.48 cm shorter than expected on average relative to individuals from the Upper Paleolithic and Mesolithic (P=0.056). We also incorporated observations of paleopathological indicators of non-specific stress that can persist from childhood to adulthood in skeletal remains (linear enamel hypoplasia, cribra orbitalia, and porotic hyperostosis) into our model. Overall, our work highlights the potential of integrating disparate datasets to explore proxies of health in prehistory.

ABSTRACT Ancient DNA sampling methods—although optimized for efficient DNA extraction—are destructive, relying on drilling or cutting and powdering (parts of) bones and teeth. As the field of ancient DNA has grown, so have concerns about the impact of destructive sampling of the skeletal remains from which ancient DNA is obtained. Due to a particularly high concentration of endogenous DNA, the cementum of tooth roots is often targeted for ancient DNA sampling, but standard destructive sampling methods often result in the loss of at least one entire root. Here, we present a minimally destructive method for extracting ancient DNA from dental cementum present on the surface of tooth roots. This method does not require destructive drilling or grinding, and, following extraction, the tooth remains safe to handle and suitable for most morphological studies, as well as other biochemical studies, such as radiocarbon dating. We extracted and sequenced ancient DNA from 30 teeth (and 9 corresponding petrous bones) using this minimally destructive extraction method in addition to a typical tooth sampling method. We find that the minimally destructive method can provide ancient DNA that is of comparable quality to extracts produced from teeth that have undergone destructive sampling processes. Further, we find that a rigorous cleaning of the tooth surface combining diluted bleach and UV light irradiation seems sufficient to minimize external contaminants usually removed through the physical removal of a superficial layer when sampling through regular powdering methods.