The widespread extinctions of large mammals at the end of the Pleistocene epoch have often been attributed to the depredations of humans; here we present genetic evidence that questions this assumption. We used ancient DNA and Bayesian techniques to reconstruct a detailed genetic history of bison throughout the late Pleistocene and Holocene epochs. Our analyses depict a large diverse population living throughout Beringia until around 37,000 years before the present, when the population's genetic diversity began to decline dramatically. The timing of this decline correlates with environmental changes associated with the onset of the last glacial cycle, whereas archaeological evidence does not support the presence of large populations of humans in Eastern Beringia until more than 15,000 years later.

Despite decades of research, the roles of climate and humans in driving the dramatic extinctions of large-bodied mammals during the Late Quaternary period remain contentious. Here we use ancient DNA, species distribution models and the human fossil record to elucidate how climate and humans shaped the demographic history of woolly rhinoceros, woolly mammoth, wild horse, reindeer, bison and musk ox. We show that climate has been a major driver of population change over the past 50,000 years. However, each species responds differently to the effects of climatic shifts, habitat redistribution and human encroachment. Although climate change alone can explain the extinction of some species, such as Eurasian musk ox and woolly rhinoceros, a combination of climatic and anthropogenic effects appears to be responsible for the extinction of others, including Eurasian steppe bison and wild horse. We find no genetic signature or any distinctive range dynamics distinguishing extinct from surviving species, emphasizing the challenges associated with predicting future responses of extant mammals to climate and human-mediated habitat change. The charismatic megafauna of the Ice Age are either extinct or much restricted in range. Was their fate sealed by climate change or overhunting by humans? A detailed survey of the last days of mammoths and woolly rhinos, as well as horses, bison, reindeer and musk oxen, based on radiocarbon dating and ancient DNA, shows that the response of each creature to its oncoming fate was idiosyncratic. The mass extinction of megafauna at the close of the Pleistocene epoch cannot be attributed either solely to climate change or to overhunting, but to a combination of many factors that are unique to each species.

Recent warming in the Arctic, which has been amplified during the winter1-3, greatly enhances microbial decomposition of soil organic matter and subsequent release of carbon dioxide (CO2)4. However, the amount of CO2 released in winter is highly uncertain and has not been well represented by ecosystem models or by empirically-based estimates5,6. Here we synthesize regional in situ observations of CO2 flux from arctic and boreal soils to assess current and future winter carbon losses from the northern permafrost domain. We estimate a contemporary loss of 1662 Tg C yr-1 from the permafrost region during the winter season (October through April). This loss is greater than the average growing season carbon uptake for this region estimated from process models (-1032 Tg C yr-1). Extending model predictions to warmer conditions in 2100 indicates that winter CO2 emissions will increase 17% under a moderate mitigation scenario-Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5-and 41% under business-as-usual emissions scenario-RCP 8.5. Our results provide a new baseline for winter CO2 emissions from northern terrestrial regions and indicate that enhanced soil CO2 loss due to winter warming may offset growing season carbon uptake under future climatic conditions.

High‐latitude northern rivers export globally significant quantities of dissolved organic carbon (DOC) to the Arctic Ocean. Climate change, and its associated impacts on hydrology and potential mobilization of ancient organic matter from permafrost, is likely to modify the flux, composition, and thus biogeochemical cycling and fate of exported DOC in the Arctic. This study examined DOC concentration and the composition of dissolved organic matter (DOM) across the hydrograph in Siberia's Kolyma River, with a particular focus on the spring freshet period when the majority of the annual DOC load is exported. The composition of DOM within the Kolyma basin was characterized using absorbance‐derived measurements (absorbance coefficient a 330 , specific UV absorbance (SUVA 254 ), and spectral slope ratio S R ) and fluorescence spectroscopy (fluorescence index and excitation‐emission matrices (EEMs)), including parallel factor analyses of EEMs. Increased surface runoff during the spring freshet led to DOM optical properties indicative of terrestrial soil inputs with high humic‐like fluorescence, SUVA 254, and low S R and fluorescence index (FI). Under‐ice waters, in contrast, displayed opposing trends in optical properties representing less aromatic, lower molecular weight DOM. We demonstrate that substantial losses of DOC can occur via biological (∼30% over 28 days) and photochemical pathways (>29% over 14 days), particularly in samples collected during the spring freshet. The emerging view is therefore that of a more dynamic and labile carbon pool than previously thought, where DOM composition plays a fundamental role in controlling the fate and removal of DOC at a pan‐Arctic scale.

Abstract Ongoing climate warming in the Arctic will thaw permafrost and remobilize substantial terrestrial organic carbon (OC) pools. Around a quarter of northern permafrost OC resides in Siberian Yedoma deposits, the oldest form of permafrost carbon. However, our understanding of the degradation and fate of this ancient OC in coastal and fluvial environments still remains rudimentary. Here, we show that ancient dissolved OC (DOC, >21,000 14 C years), the oldest DOC ever reported, is mobilized in stream waters draining Yedoma outcrops. Furthermore, this DOC is highly biolabile: 34 ± 0.8% was lost during a 14 day incubation under dark, oxygenated conditions at ambient river temperatures. Mixtures of Yedoma stream DOC with mainstem river and ocean waters, mimicking in situ mixing processes, also showed high DOC losses (14 days; 17 ± 0.8% to 33 ± 1.0%). This suggests that this exceptionally old DOC is among the most biolabile DOC in any previously reported contemporary river or stream in the Arctic.

Abstract With climate warming and drying, fire activity is increasing in Cajander larch ( Larix cajanderi Mayr.) forests underlain by continuous permafrost in northeastern Siberia, and initial post-fire tree demographic processes could unfold to determine long-term forest carbon (C) dynamics through impacts on tree density. Here, we evaluated above- and belowground C pools across 25 even-aged larch stands of varying tree densities that established following a wildfire in ~ 1940 near Cherskiy, Russia. Total C pools increased with increased larch tree density, from ~ 9,000 g C m −2 in low-density stands to ~ 11,000 g C m −2 in high and very high-density stands, with increases most pronounced at tree densities < 1 stem m −2 and driven by increased above- and belowground (that is, coarse roots) and live and dead (that is, woody debris and snags) larch biomass. Total understory vegetation and non-larch coarse root C pools declined with increased tree density due to decreased shrub C pools, but these pools were relatively small compared to larch biomass. Fine root, soil organic matter (OM), and near surface (0–30 cm) mineral soil (MS) C pools varied little with tree density, although soil C pools held most (18–28% in OM and 44–51% in MS) C stored in these stands. Thus, if changing fire regimes promote denser stands, C storage will likely increase, but whether this increase offsets C lost during fires remains unknown. Our findings highlight how post-fire tree demographic processes impact C pool distribution and stability in larch forests of Siberian permafrost regions.

Climatic and environmental fluctuations as well as anthropogenic pressure have led to the extinction of much of Europe's megafauna. Here we show that the emblematic European bison has experienced several waves of population expansion, contraction and extinction during the last 50,000 years in Europe, culminating in a major reduction of genetic diversity during the Holocene. Fifty-seven complete and partial ancient mitogenomes from throughout Europe, the Caucausus and Siberia reveal that three populations of wisent (Bison bonasus) and steppe bison (B. priscus) alternated in Western Europe correlating with climate-induced environmental changes. The Late Pleistocene European steppe bison originated from northern Eurasia whereas the modern wisent population emerged from a refuge in the southern Caucasus after the last glacial maximum. A population overlap in a transition period is reflected in ca. 36,000 year-old paintings in the French Chauvet cave. Bayesian analyses of these complete ancient mitogenomes yielded new dates of the various branching events during the evolution of Bison and its radiation with Bos that lead us to propose that the genetic affiliation between the wisent and cattle mitogenomes result from incomplete lineage sorting rather than post-speciation gene flow.

The small steppe plots (steppoids) occur at southern slopes among open larch forests of the Lower Kolyma area (northeast Siberia). Depending on a soil parent material they are divided into petrophytic (on a bedrock eluvo-diluvium) and thermophytic (on a silty loam of the Yedoma formation (Ice Complex)) steppoids. A xeromorphic deep thawing soils with diverse humus accumulative horizons, high roots content and considerable water stable powder-like structure develop under steppoids. Soils of steppoids are zooturbated, especially thermophytic ones. They differ from those of the surrounding taiga landscape in the following features: decreased actual and potential acidity; higher content of exchange bases, water-soluble salts, carbonates and organic nitrogen; smaller ratio between concentrations of oxalate- and dithionite-extractable iron. Dark mulle-like forms of humus on the surface of mineral grains are widely represented among the microaccumulations of organic matter in taiga-steppe soils. The cryoxerozem soil formation trait shows better in the event of petrophytic steppoids. Despite the similarity of the soils of thermophytic steppoids with steppe cryoarid ones, they differ in the absence of carbonate accumulative and criohumic horizons as well as the relatively high acidity. Flow-carbonaceous grey-humus lithozem and flow-carbonaceous grey-humus or duff dark-humus soils are distinguished within the petrophytic steppoids just as surface-turbated (zooturbated) grey-humus or duff dark-humus soils are distinguished within the thermophytic steppoids.