We sequenced 28 million base pairs of DNA in a metagenomics approach, using a woolly mammoth (Mammuthus primigenius) sample from Siberia. As a result of exceptional sample preservation and the use of a recently developed emulsion polymerase chain reaction and pyrosequencing technique, 13 million base pairs (45.4%) of the sequencing reads were identified as mammoth DNA. Sequence identity between our data and African elephant (Loxodonta africana) was 98.55%, consistent with a paleontologically based divergence date of 5 to 6 million years. The sample includes a surprisingly small diversity of environmental DNAs. The high percentage of endogenous DNA recoverable from this single mammoth would allow for completion of its genome, unleashing the field of paleogenomics.

Supernova models with a full spectral treatment of the neutrino transport are presented, employing the prometheus/vertex neutrino-hydrodynamics code with a variable Eddington factor closure of the moments equations of neutrino number, energy, and momentum. Our “ray-by-ray plus” approximation developed for two- (or three-) dimensional problems assumes that the local neutrino distribution function is azimuthally symmetric around the radial direction, which implies that the nonradial flux components disappear. Other terms containing the angular velocity components are retained in the moments equations and establish a coupling of the transport at different latitudes by lateral derivatives. Also lateral components of the neutrino pressure gradients are included in the hydrodynamics equations. This approximative approach for neutrino transport in multi-dimensional environments is motivated and critically assessed with respect to its capabilities, limitations, and inaccuracies in the context of supernova simulations. In this first paper of a series, one- (1D) and two-dimensional (2D) core-collapse calculations for a (nonrotating) star are discussed, uncertainties in the treatment of the equation of state – numerical and physical – are tested, Newtonian results are compared with simulations using a general relativistic potential, bremsstrahlung and interactions of neutrinos of different flavors are investigated, and the standard approximation in neutrino-nucleon interactions with zero energy transfer is replaced by rates that include corrections due to nucleon recoil, thermal motions, weak magnetism, and nucleon correlations. Models with the full implementation of the “ray-by-ray plus” spectral transport were found not to explode, neither in spherical symmetry nor in 2D when the computational grid is constrained to a lateral wedge (<±) around the equator. The success of previous two-dimensional simulations with grey, flux-limited neutrino diffusion can therefore not be confirmed. An explosion is obtained in 2D for the considered progenitor, when the radial velocity terms in the neutrino momentum equation are omitted. This manipulation increases the neutrino energy density in the convective gain layer by about 20-30% and thus the integral neutrino energy deposition in this region by about a factor of two compared to the non-exploding 2D model with the full transport. The spectral treatment of the transport and detailed description of charged-current processes leads to proton-rich neutrino-heated ejecta, removing the problem that previous explosion models with approximate neutrino treatment overproduced closed neutron shell nuclei by large factors.

Several organisms have retained methyltransferase 2 (Dnmt2) as their only candidate DNA methyltransferase gene. However, information about Dnmt2-dependent methylation patterns has been limited to a few isolated loci and the results have been discussed controversially. In addition, recent studies have shown that Dnmt2 functions as a tRNA methyltransferase, which raised the possibility that Dnmt2-only genomes might be unmethylated. We have now used whole-genome bisulfite sequencing to analyze the methylomes of Dnmt2-only organisms at single-base resolution. Our results show that the genomes of Schistosoma mansoni and Drosophila melanogaster lack detectable DNA methylation patterns. Residual unconverted cytosine residues shared many attributes with bisulfite deamination artifacts and were observed at comparable levels in Dnmt2-deficient flies. Furthermore, genetically modified Dnmt2-only mouse embryonic stem cells lost the DNA methylation patterns found in wild-type cells. Our results thus uncover fundamental differences among animal methylomes and suggest that DNA methylation is dispensable for a considerable number of eukaryotic organisms.

In solids, chemical short-range order (CSRO) refers to the self-organization of atoms of certain species occupying specific crystal sites. CSRO is increasingly being envisaged as a lever to tailor the mechanical and functional properties of materials. Yet quantitative relationships between properties and the morphology, number density, and atomic configurations of CSRO domains remain elusive. Herein, it is showcased how machine learning-enhanced atom probe tomography (APT) can mine the near-atomically resolved APT data and jointly exploit the technique's high elemental sensitivity to provide a 3D quantitative analysis of CSRO in a CoCrNi medium-entropy alloy. Multiple CSRO configurations are revealed, with their formation supported by state-of-the-art Monte-Carlo simulations. Quantitative analysis of these CSROs allows establishing relationships between processing parameters and physical properties. The unambiguous characterization of CSRO will help refine strategies for designing advanced materials by manipulating atomic-scale architectures.

Hybrid density functional approximations (DFAs) offer compelling accuracy for ab initio electronic-structure simulations of molecules, nanosystems, and bulk materials, addressing some deficiencies of computationally cheaper, frequently used semilocal DFAs. However, the computational bottleneck of hybrid DFAs is the evaluation of the non-local exact exchange contribution, which is the limiting factor for the application of the method for large-scale simulations. In this work, we present a drastically optimized resolution-of-identity-based real-space implementation of the exact exchange evaluation for both non-periodic and periodic boundary conditions in the all-electron code FHI-aims, targeting high-performance central processing unit (CPU) compute clusters. The introduction of several new refined message passing interface (MPI) parallelization layers and shared memory arrays according to the MPI-3 standard were the key components of the optimization. We demonstrate significant improvements of memory and performance efficiency, scalability, and workload distribution, extending the reach of hybrid DFAs to simulation sizes beyond ten thousand atoms. In addition, we also compare the runtime performance of the PBE, HSE06, and PBE0 functionals. As a necessary byproduct of this work, other code parts in FHI-aims have been optimized as well, e.g., the computation of the Hartree potential and the evaluation of the force and stress components. We benchmark the performance and scaling of the hybrid DFA-based simulations for a broad range of chemical systems, including hybrid organic–inorganic perovskites, organic crystals, and ice crystals with up to 30 576 atoms (101 920 electrons described by 244 608 basis functions).