A sequencing study comparing ancient and contemporary genomes reveals that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. By sequencing and comparing the genomes of nine ancient Europeans that bridge the transition to agriculture in Europe between 8,000 and 7,000 years ago, David Reich and colleagues show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations — west European hunter-gatherers, ancient north Eurasians (related to Upper Palaeolithic Siberians) and early European farmers of mainly Near Eastern origin. They further propose that early European farmers had about 44% ancestry from a 'basal Eurasian' population that split before the diversification of other non-African lineages. These results raise interesting new questions, for instance that of where and when the Near Eastern farmers mixed with European hunter-gatherers to produce the early European farmers. We sequenced the genomes of a ∼7,000-year-old farmer from Germany and eight ∼8,000-year-old hunter-gatherers from Luxembourg and Sweden. We analysed these and other ancient genomes1,2,3,4 with 2,345 contemporary humans to show that most present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: west European hunter-gatherers, who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; ancient north Eurasians related to Upper Palaeolithic Siberians3, who contributed to both Europeans and Near Easterners; and early European farmers, who were mainly of Near Eastern origin but also harboured west European hunter-gatherer related ancestry. We model these populations’ deep relationships and show that early European farmers had ∼44% ancestry from a ‘basal Eurasian’ population that split before the diversification of other non-African lineages.

Recent analyses of de novo DNA mutations in modern humans have suggested a nuclear substitution rate that is approximately half that of previous estimates based on fossil calibration. This result has led to suggestions that major events in human evolution occurred far earlier than previously thought.Here, we use mitochondrial genome sequences from ten securely dated ancient modern humans spanning 40,000 years as calibration points for the mitochondrial clock, thus yielding a direct estimate of the mitochondrial substitution rate. Our clock yields mitochondrial divergence times that are in agreement with earlier estimates based on calibration points derived from either fossils or archaeological material. In particular, our results imply a separation of non-Africans from the most closely related sub-Saharan African mitochondrial DNAs (haplogroup L3) that occurred less than 62-95 kya.Though single loci like mitochondrial DNA (mtDNA) can only provide biased estimates of population divergence times, they can provide valid upper bounds. Our results exclude most of the older dates for African and non-African population divergences recently suggested by de novo mutation rate estimates in the nuclear genome.

Ancient DNA studies have established that Neolithic European populations were descended from Anatolian migrants who received a limited amount of admixture from resident hunter-gatherers. Many open questions remain, however, about the spatial and temporal dynamics of population interactions and admixture during the Neolithic period. Here we investigate the population dynamics of Neolithization across Europe using a high-resolution genome-wide ancient DNA dataset with a total of 180 samples, of which 130 are newly reported here, from the Neolithic and Chalcolithic periods of Hungary (6000-2900 bc, n = 100), Germany (5500-3000 bc, n = 42) and Spain (5500-2200 bc, n = 38). We find that genetic diversity was shaped predominantly by local processes, with varied sources and proportions of hunter-gatherer ancestry among the three regions and through time. Admixture between groups with different ancestry profiles was pervasive and resulted in observable population transformation across almost all cultural transitions. Our results shed new light on the ways in which gene flow reshaped European populations throughout the Neolithic period and demonstrate the potential of time-series-based sampling and modelling approaches to elucidate multiple dimensions of historical population interactions.

Near Eastern genomes from Iran The genetic composition of populations in Europe changed during the Neolithic transition from hunting and gathering to farming. To better understand the origin of modern populations, Broushaki et al. sequenced ancient DNA from four individuals from the Zagros region of present-day Iran, representing the early Neolithic Fertile Crescent. These individuals unexpectedly were not ancestral to early European farmers, and their genetic structures did not contribute significantly to those of present-day Europeans. These data indicate that a parallel Neolithic transition probably resulted from structured farming populations across southwest Asia. Science , this issue p. 499

We sequenced genomes from a ~7,000 year old early farmer from Stuttgart in Germany, an ~8,000 year old hunter-gatherer from Luxembourg, and seven ~8,000 year old hunter-gatherers from southern Sweden. We analyzed these data together with other ancient genomes and 2,345 contemporary humans to show that the great majority of present-day Europeans derive from at least three highly differentiated populations: West European Hunter-Gatherers (WHG), who contributed ancestry to all Europeans but not to Near Easterners; Ancient North Eurasians (ANE), who were most closely related to Upper Paleolithic Siberians and contributed to both Europeans and Near Easterners; and Early European Farmers (EEF), who were mainly of Near Eastern origin but also harbored WHG-related ancestry. We model these populations' deep relationships and show that EEF had ~44% ancestry from a "Basal Eurasian" lineage that split prior to the diversification of all other non-African lineages.

Ancient DNA studies have established that European Neolithic populations were descended from Anatolian migrants who received a limited amount of admixture from resident hunter-gatherers. Many open questions remain, however, about the spatial and temporal dynamics of population interactions and admixture during the Neolithic period. Using the highest-resolution genome-wide ancient DNA data set assembled to date—a total of 177 samples, 127 newly reported here, from the Neolithic and Chalcolithic of Hungary (6000–2900 BCE, n = 98), Germany (5500–3000 BCE, n = 42), and Spain (5500–2200 BCE, n = 37)—we investigate the population dynamics of Neolithization across Europe. We find that genetic diversity was shaped predominantly by local processes, with varied sources and proportions of hunter-gatherer ances try among the three regions and through time. Admixture between groups with different ancestry profiles was pervasive and resulted in observable population transformation across almost all cultural transitions. Our results shed new light on the ways that gene flow reshaped European populations throughout the Neolithic period and demonstrate the potential of time-series-based sampling and modeling approaches to elucidate multiple dimensions of historical population interactions.