The Middle to Upper Palaeolithic transition in Europe witnessed the replacement and partial absorption of local Neanderthal populations by Homo sapiens populations of African origin1. However, this process probably varied across regions and its details remain largely unknown. In particular, the duration of chronological overlap between the two groups is much debated, as are the implications of this overlap for the nature of the biological and cultural interactions between Neanderthals and H. sapiens. Here we report the discovery and direct dating of human remains found in association with Initial Upper Palaeolithic artefacts2, from excavations at Bacho Kiro Cave (Bulgaria). Morphological analysis of a tooth and mitochondrial DNA from several hominin bone fragments, identified through proteomic screening, assign these finds to H. sapiens and link the expansion of Initial Upper Palaeolithic technologies with the spread of H. sapiens into the mid-latitudes of Eurasia before 45 thousand years ago3. The excavations yielded a wealth of bone artefacts, including pendants manufactured from cave bear teeth that are reminiscent of those later produced by the last Neanderthals of western Europe4–6. These finds are consistent with models based on the arrival of multiple waves of H. sapiens into Europe coming into contact with declining Neanderthal populations7,8. Direct dates for human remains found in association with Initial Upper Palaeolithic artefacts at Bacho Kiro Cave (Bulgaria) demonstrate the presence of Homo sapiens in the mid-latitudes of Europe before 45 thousand years ago.

Abstract Modern humans appeared in Europe by at least 45,000 years ago 1–5 , but the extent of their interactions with Neanderthals, who disappeared by about 40,000 years ago 6 , and their relationship to the broader expansion of modern humans outside Africa are poorly understood. Here we present genome-wide data from three individuals dated to between 45,930 and 42,580 years ago from Bacho Kiro Cave, Bulgaria 1,2 . They are the earliest Late Pleistocene modern humans known to have been recovered in Europe so far, and were found in association with an Initial Upper Palaeolithic artefact assemblage. Unlike two previously studied individuals of similar ages from Romania 7 and Siberia 8 who did not contribute detectably to later populations, these individuals are more closely related to present-day and ancient populations in East Asia and the Americas than to later west Eurasian populations. This indicates that they belonged to a modern human migration into Europe that was not previously known from the genetic record, and provides evidence that there was at least some continuity between the earliest modern humans in Europe and later people in Eurasia. Moreover, we find that all three individuals had Neanderthal ancestors a few generations back in their family history, confirming that the first European modern humans mixed with Neanderthals and suggesting that such mixing could have been common.

Modern humans have populated Europe for more than 45,000 years1,2. Our knowledge of the genetic relatedness and structure of ancient hunter-gatherers is however limited, owing to the scarceness and poor molecular preservation of human remains from that period3. Here we analyse 356 ancient hunter-gatherer genomes, including new genomic data for 116 individuals from 14 countries in western and central Eurasia, spanning between 35,000 and 5,000 years ago. We identify a genetic ancestry profile in individuals associated with Upper Palaeolithic Gravettian assemblages from western Europe that is distinct from contemporaneous groups related to this archaeological culture in central and southern Europe4, but resembles that of preceding individuals associated with the Aurignacian culture. This ancestry profile survived during the Last Glacial Maximum (25,000 to 19,000 years ago) in human populations from southwestern Europe associated with the Solutrean culture, and with the following Magdalenian culture that re-expanded northeastward after the Last Glacial Maximum. Conversely, we reveal a genetic turnover in southern Europe suggesting a local replacement of human groups around the time of the Last Glacial Maximum, accompanied by a north-to-south dispersal of populations associated with the Epigravettian culture. From at least 14,000 years ago, an ancestry related to this culture spread from the south across the rest of Europe, largely replacing the Magdalenian-associated gene pool. After a period of limited admixture that spanned the beginning of the Mesolithic, we find genetic interactions between western and eastern European hunter-gatherers, who were also characterized by marked differences in phenotypically relevant variants.

Abstract Artefacts made from stones, bones and teeth are fundamental to our understanding of human subsistence strategies, behaviour and culture in the Pleistocene. Although these resources are plentiful, it is impossible to associate artefacts to specific human individuals 1 who can be morphologically or genetically characterized, unless they are found within burials, which are rare in this time period. Thus, our ability to discern the societal roles of Pleistocene individuals based on their biological sex or genetic ancestry is limited 2–5 . Here we report the development of a non-destructive method for the gradual release of DNA trapped in ancient bone and tooth artefacts. Application of the method to an Upper Palaeolithic deer tooth pendant from Denisova Cave, Russia, resulted in the recovery of ancient human and deer mitochondrial genomes, which allowed us to estimate the age of the pendant at approximately 19,000–25,000 years. Nuclear DNA analysis identifies the presumed maker or wearer of the pendant as a female individual with strong genetic affinities to a group of Ancient North Eurasian individuals who lived around the same time but were previously found only further east in Siberia. Our work redefines how cultural and genetic records can be linked in prehistoric archaeology.

Abstract Genetic and fragmented palaeoanthropological data suggest that Denisovans were once widely distributed across eastern Eurasia 1–3 . Despite limited archaeological evidence, this indicates that Denisovans were capable of adapting to a highly diverse range of environments. Here we integrate zooarchaeological and proteomic analyses of the late Middle to Late Pleistocene faunal assemblage from Baishiya Karst Cave on the Tibetan Plateau, where a Denisovan mandible and Denisovan sedimentary mitochondrial DNA were found 3,4 . Using zooarchaeology by mass spectrometry, we identify a new hominin rib specimen that dates to approximately 48–32 thousand years ago (layer 3). Shotgun proteomic analysis taxonomically assigns this specimen to the Denisovan lineage, extending their presence at Baishiya Karst Cave well into the Late Pleistocene. Throughout the stratigraphic sequence, the faunal assemblage is dominated by Caprinae, together with megaherbivores, carnivores, small mammals and birds. The high proportion of anthropogenic modifications on the bone surfaces suggests that Denisovans were the primary agent of faunal accumulation. The chaîne opératoire of carcass processing indicates that animal taxa were exploited for their meat, marrow and hides, while bone was also used as raw material for the production of tools. Our results shed light on the behaviour of Denisovans and their adaptations to the diverse and fluctuating environments of the late Middle and Late Pleistocene of eastern Eurasia.

Bone collagen is an important material for radiocarbon, paleodietary, and paleoproteomic analyses, but it degrades over time. Various methods have been employed to prescreen bone for collagen preservation, but these are often destructive and/or require exportation for analysis. Here we show that near-infrared spectroscopy can be used to determine bone collagen content quickly and non-destructively on site.

1 Abstract Aim The common vole is a temperate rodent widespread across Europe. It was also one of the most abundant small mammal species throughout the Late Pleistocene. Phylogeographic studies of its extant populations suggested the Last Glacial Maximum (LGM, 26.5–19 ka ago) as one of the main drivers of the species’ population dynamics. However, analyses based solely on extant genetic diversity may not recover the full complexity of past population history. The main aim of this study was to investigate the evolutionary history and identify the main drivers of the common vole population dynamics during the Late Pleistocene. Location Europe Taxon Common vole ( Microtus arvalis ) Methods We generated a dataset comprising 4.2 kb-long fragment of mitochondrial DNA from 148 ancient and 51 modern specimens sampled from multiple localities across Europe and covering the last 60 thousand years (ka). We used Bayesian inference to reconstruct their phylogenetic relationships and to estimate the age of specimens that were not directly dated. Results We estimate the time to the most recent common ancestor of all Last Glacial and extant common vole lineages to 90 ka ago and the divergence of the main mtDNA lineages present in extant populations to between 55 and 40 ka ago, earlier than previous estimates. We find multiple lineage turnovers in Europe in the period of high climate variability at the end of Marine Isotope Stage 3 (MIS 3; 57–29 ka ago) in addition to those found previously around the Pleistocene/Holocene transition. Conversely, data from the Western Carpathians suggest continuity throughout the LGM even at high latitudes. Main conclusions Our results suggest that the main factor affecting the common vole populations during the last glacial period was the reduction of open habitats during the interstadial periods while the climate deterioration during the LGM had little impact on species’ population dynamics.