We generated genome-wide data from 69 Europeans who lived between 8,000-3,000 years ago by enriching ancient DNA libraries for a target set of almost 400,000 polymorphisms. Enrichment of these positions decreases the sequencing required for genome-wide ancient DNA analysis by a median of around 250-fold, allowing us to study an order of magnitude more individuals than previous studies and to obtain new insights about the past. We show that the populations of Western and Far Eastern Europe followed opposite trajectories between 8,000-5,000 years ago. At the beginning of the Neolithic period in Europe, ∼8,000-7,000 years ago, closely related groups of early farmers appeared in Germany, Hungary and Spain, different from indigenous hunter-gatherers, whereas Russia was inhabited by a distinctive population of hunter-gatherers with high affinity to a ∼24,000-year-old Siberian. By ∼6,000-5,000 years ago, farmers throughout much of Europe had more hunter-gatherer ancestry than their predecessors, but in Russia, the Yamnaya steppe herders of this time were descended not only from the preceding eastern European hunter-gatherers, but also from a population of Near Eastern ancestry. Western and Eastern Europe came into contact ∼4,500 years ago, as the Late Neolithic Corded Ware people from Germany traced ∼75% of their ancestry to the Yamnaya, documenting a massive migration into the heartland of Europe from its eastern periphery. This steppe ancestry persisted in all sampled central Europeans until at least ∼3,000 years ago, and is ubiquitous in present-day Europeans. These results provide support for a steppe origin of at least some of the Indo-European languages of Europe.

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.

Analysis of calcified dental plaque (calculus) specimens from Neanderthals shows marked regional differences in diet and microbiota and evidence of self-medication in one individual, and identifies prevalent microorganisms and their divergence between Neanderthals and modern humans. The Neanderthal diet has been much debated, with evidence for a meat-rich diet conflicting with evidence from tooth wear that suggests more varied fare. Laura Weyrich and colleagues sequenced DNA from the dental calculus of five Neanderthal individuals from across Europe to provide a genetic reconstruction of their diet and health. They found that a Neanderthal from Spy in Belgium dined on rhinoceros and mutton, whereas another, from El Sidrón in Spain, ate pine nuts, moss and mushrooms. Their results also suggest that the Spanish Neanderthal had a dental abscess and a stomach bug that they were self-medicating with poplar, a natural painkiller, and the antibiotic-producing Penicillium bacteria. The team also uncovered the oldest microbial genome to date, that of Methanobrevibacter oralis at 48,000 years old. Recent genomic data have revealed multiple interactions between Neanderthals and modern humans1, but there is currently little genetic evidence regarding Neanderthal behaviour, diet, or disease. Here we describe the shotgun-sequencing of ancient DNA from five specimens of Neanderthal calcified dental plaque (calculus) and the characterization of regional differences in Neanderthal ecology. At Spy cave, Belgium, Neanderthal diet was heavily meat based and included woolly rhinoceros and wild sheep (mouflon), characteristic of a steppe environment. In contrast, no meat was detected in the diet of Neanderthals from El Sidrón cave, Spain, and dietary components of mushrooms, pine nuts, and moss reflected forest gathering2,3. Differences in diet were also linked to an overall shift in the oral bacterial community (microbiota) and suggested that meat consumption contributed to substantial variation within Neanderthal microbiota. Evidence for self-medication was detected in an El Sidrón Neanderthal with a dental abscess4 and a chronic gastrointestinal pathogen (Enterocytozoon bieneusi). Metagenomic data from this individual also contained a nearly complete genome of the archaeal commensal Methanobrevibacter oralis (10.2× depth of coverage)—the oldest draft microbial genome generated to date, at around 48,000 years old. DNA preserved within dental calculus represents a notable source of information about the behaviour and health of ancient hominin specimens, as well as a unique system that is useful for the study of long-term microbial evolution.

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.

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 The rules and structure of human culture impact health and disease as much as genetics or the natural environment. To study the origin and evolution of these patterns, we take a multidisciplinary approach combining ancient DNA, skeletal metrics, paleopathology, and stable isotopes. Our analysis focuses on cultural, environmental, and genetic contributions to variation in stature in four populations of Early Neolithic Europe. In Central Europe, low female stature is likely due to male preference in resource allocation under conditions of stress. In contrast, shorter male stature in Mediterranean populations may reflect a lack of preference. Our analysis suggests that biological consequences of sex-specific inequities can be linked to culture as early as 7000 years before present. Understanding these patterns is key to interpreting the evolution of genetic and socio-cultural determinants of health, and our results show that culture, more than environment or genetics, drove height disparities in Early Neolithic Europe.

We generated genome-wide data from 69 Europeans who lived between 8,000-3,000 years ago by enriching ancient DNA libraries for a target set of almost four hundred thousand polymorphisms. Enrichment of these positions decreases the sequencing required for genome-wide ancient DNA analysis by a median of around 250-fold, allowing us to study an order of magnitude more individuals than previous studies and to obtain new insights about the past. We show that the populations of western and far eastern Europe followed opposite trajectories between 8,000-5,000 years ago. At the beginning of the Neolithic period in Europe, ~8,000-7,000 years ago, closely related groups of early farmers appeared in Germany, Hungary, and Spain, different from indigenous hunter-gatherers, whereas Russia was inhabited by a distinctive population of hunter-gatherers with high affinity to a ~24,000 year old Siberian6. By ~6,000-5,000 years ago, a resurgence of hunter-gatherer ancestry had occurred throughout much of Europe, but in Russia, the Yamnaya steppe herders of this time were descended not only from the preceding eastern European hunter-gatherers, but from a population of Near Eastern ancestry. Western and Eastern Europe came into contact ~4,500 years ago, as the Late Neolithic Corded Ware people from Germany traced ~3/4 of their ancestry to the Yamnaya, documenting a massive migration into the heartland of Europe from its eastern periphery. This steppe ancestry persisted in all sampled central Europeans until at least ~3,000 years ago, and is ubiquitous in present-day Europeans. These results provide support for the theory of a steppe origin of at least some of the Indo-European languages of Europe.

ABSTRACT The northern European Neolithic is characterized by two major demographic events: immigration of early farmers (EF) from Anatolia (5500 BCE) and their admixture (from ∼4200 BCE) with western hunter-gatherers (WHG) forming late farmers (LF). The influence of this admixture event on variation in the immune-relevant human leukocyte antigen (HLA) region is understudied. Here, we conducted population and immunogenetic analyses on 83 individuals from six EF and LF sites located in present-day Germany. We observed significant shifts in HLA allele frequencies from EF to LF. The HLA diversity increased from EF to LF, likely due to admixture with WHG. However, it was considerably lower than in modern populations. Both EF and LF exhibited a relatively narrow HLA allele spectrum compared to today. This coincides with sparse traces of pathogen DNA, potentially indicating a lower pathogen pressure at the time. We additionally noted that LF resulted from sex-biased admixture from male WHG. TEASER More restricted HLA allele spectrum and lower diversity in Neolithic farmers than in modern populations

Granular activated carbon (GAC) and ion exchange resin (IXR) are widely used as adsorbents to remove PFAS from drinking water sources and effluent waste streams. However, the high cost associated with GAC and IXR generation has motivated the development of less expensive adsorbents for treatment of PFAS-impacted water. Thus, the objective of this research was to create an economically viable and sustainable PFAS adsorbent from sewage sludge. Stepwise pyrolysis at temperatures from 300°C to 1000°C yielded biochars whose specific surface area (SSA) and porosity increased from 41 to 148 m